DE102021130810A1 - Fibre-reinforced plastic composite with improved UV and gloss properties, a manufacturing process thereof and its use - Google Patents
Fibre-reinforced plastic composite with improved UV and gloss properties, a manufacturing process thereof and its use Download PDFInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen faserverstärkte Kunststoffverbund mit verbesserter UV-Eigenschaft, ein Herstellungsverfahren hiervon sowie dessen Verwendung.The invention relates to a fiber-reinforced plastic composite with improved UV properties, a production method thereof and its use.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen faserverstärkten, mehrlagigen Kunststoffverbund, ein Herstellungsverfahren hiervon sowie dessen Verwendung.The present invention relates to a fiber-reinforced, multi-layer plastic composite, a production method thereof and its use.
Faserverstärkte Kunststoffplatten sind Platten, welche aus Kompositmaterial zusammengesetzt sind. Dieses Kompositmaterial kann beispielsweise durch eine verstärkte Polymerharzmatrix ausgebildet sein, in welche Fasern eingelagert sind. Aufgrund der Fasern, welche eine Verstärkung der Polymermatrix erbringen, haben faserverstärkte Kunststoffprodukte im Allgemeinen eine höhere spezifische Steifigkeit sowie auch eine höhere mechanische Festigkeit im Vergleich zu nicht verstärkten Polymermaterialien.Fibre-reinforced plastic panels are panels made of composite material. This composite material can be formed, for example, by a reinforced polymer resin matrix in which fibers are embedded. Due to the fibers that provide reinforcement to the polymer matrix, fiber-reinforced plastic products generally have higher specific stiffness as well as higher mechanical strength compared to non-reinforced polymer materials.
Vorteilhaft wird unter dem Begriff „Platte“ eine planare, ebene Struktur der verstärkten Polymermatrix verstanden.The term “plate” is advantageously understood to mean a planar, level structure of the reinforced polymer matrix.
Gerade im Außenbereich erweisen sich die faserverstärkten Platten häufig als nachteilig, da sie den Umwelteinflüssen, insbesondere der UV-Strahlung und unterschiedlichen Wetterbedingungen ungeschützt ausgesetzt sind. Diese Umwelteinflüsse führen dazu, dass die verstärkte Polymermatrix schrittweise abgebaut und/oder zerstört wird. Dies hat wiederrum zur Folge, dass sowohl das ästhetische Erscheinungsbild als auch die mechanischen Eigenschaften der faserverstärkten Platten darunter leiden und sich mit der Zeit und den zunehmenden Umwelteinflüssen deutlich verschlechtern. Schlimmstenfalls führen die Umwelteinflüsse zu einer völligen Unbrauchbarkeit des faserverstärkten Produkts. So sind beispielsweise eine erhöhte Brüchigkeit, signifikanter Glanzverlust und/oder einer deutliche Gelbfärbung der Polymermatrix auf die Umwelteinflüsse und die UV-Einwirkung und den damit einhergehenden Alterungsprozess der faserverstärkten Kunststoffplatten zurückzuführen.The fibre-reinforced panels often prove to be disadvantageous, especially outdoors, since they are exposed to environmental influences, in particular UV radiation and different weather conditions without protection. These environmental influences result in the reinforced polymer matrix being gradually degraded and/or destroyed. This in turn has the consequence that both the aesthetic appearance and the mechanical properties of the fiber-reinforced panels suffer and deteriorate significantly over time and increasing environmental influences. In the worst case, the environmental influences can render the fiber-reinforced product completely unusable. For example, increased brittleness, a significant loss of gloss and/or a clear yellowing of the polymer matrix can be attributed to environmental influences and UV exposure and the associated aging process of the fiber-reinforced plastic sheets.
AufgabeTask
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Kunststoffverbund bereitzustellen, welcher gegenüber den bekannten faserverstärkten Kunststoffprodukten aus dem Stand der Technik eine höhere Glanzstabilität aufweist.It is therefore the object of the present invention to provide a plastic composite which has a higher gloss stability than the known fiber-reinforced plastic products from the prior art.
Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Kunststoffverbund bereitzustellen, welcher auch nach langen Nutzungszeiträumen unter Umwelteinflüssen nicht vergilbt.Furthermore, it is the object of the present invention to provide a plastic composite which does not yellow even after long periods of use under environmental influences.
Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Kunststoffverbund bereitzustellen, welcher hohen Qualitätsanforderungen genügt und in welchem Fehlstellen reduziert werden.Furthermore, it is the object of the present invention to provide a plastic composite which satisfies high quality requirements and in which defects are reduced.
Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Kunststoffverbund bereitzustellen, welcher ein geringeres Gewicht als bekannte faserverstärkte Kunststoffplatten aufweist.Furthermore, it is the object of the present invention to provide a plastic composite which has a lower weight than known fiber-reinforced plastic panels.
Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen optimierten Kunststoffverbund bereitzustellen, welcher gleichbleibende mechanische Eigenschaften aufweist.Furthermore, it is the object of the present invention to provide an optimized plastic composite which has consistent mechanical properties.
Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Kunststoffverbund mit verbesserter Erosionsbeständigkeit bereitzustellen, im Vergleich zu bekannten faserverstärkten Kunststoffplatten.Furthermore, it is the object of the present invention to provide a plastic composite with improved resistance to erosion in comparison to known fiber-reinforced plastic panels.
LösungSolution
Dies wird mit einem faserverstärkten, mehrlagigen Kunststoffverbund gemäß Patentanspruch 1 umgesetzt.This is implemented with a fiber-reinforced, multi-layer plastic composite according to patent claim 1.
Der Kern der Erfindung liegt darin, einen faserverstärkten, mehrlagigen, flächigen Kunststoffverbund mit verbesserter UV-Beständigkeit bereitzustellen, welcher wenigstens eine Matrixschicht zur Ausbildung eines tragenden Matrixkörpers sowie weiterhin wenigstens eine, auf der Matrixschicht angeordneten Oberschicht aufweist, welche als Oberflächenversiegelung der Matrixschicht und/oder als UV-Schutzschicht der Matrixschicht ausgebildet ist, wobei die Matrixschicht wenigstens ein Harz aus der Gruppe ungesättigte Polyesterharze, Vinylesterharze, Epoxidharze, Polyurethanharze und/oder Kombinationen hieraus aufweist und die Oberschicht wenigstens ein acrylatbasiertes Harz aufweist, wobei die Oberschicht tiefenhärtend bei UV-Beaufschlagung ausgebildet ist und wobei wenigstens die Matrixschicht faserverstärkt ausgebildet ist.The core of the invention lies in providing a fiber-reinforced, multi-layer, flat plastic composite with improved UV resistance, which has at least one matrix layer for forming a supporting matrix body and also at least one top layer arranged on the matrix layer, which acts as a surface seal for the matrix layer and/or is formed as a UV protective layer of the matrix layer, the matrix layer having at least one resin from the group of unsaturated polyester resins, vinyl ester resins, epoxy resins, polyurethane resins and/or combinations thereof and the top layer having at least one acrylate-based resin, the top layer being deep-curing when exposed to UV light and wherein at least the matrix layer is fiber-reinforced.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass ein derartiger Kunststoffverbund zahlreiche Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik aufweist.Surprisingly, it has been shown that such a plastic composite has numerous improvements over the prior art.
So schützt die Oberschicht, welche wenigstens ein ungesättigtes, aliphatisches Harz auf Acrylatbasis aufweist, die darunter angeordnete Matrixschicht vor UV-Schäden und Witterungseinflüssen. Zudem erweist sich ein derartiges Harz als vorteilhaft, da dieses in kurzer Zeit mit UV-Beaufschlagung vernetzt werden kann. Hierdurch werden Unregelmäßigkeiten in der Oberschicht verhindert.Thus, the top layer, which has at least one unsaturated, aliphatic resin based on acrylate, protects the matrix layer arranged underneath from UV damage and the effects of the weather. In addition, such a resin proves to be advantageous since it can be crosslinked in a short time with UV exposure. This prevents irregularities in the top layer.
Weiterhin hat es sich überraschenderweise gezeigt, dass die Schichtdicke der Oberschicht mit der hier beschriebenen Materialzusammensetzung auf Acrylatbasis eine deutlich reduzierte Dicke aufweisen kann, um dennoch das darunterliegende Matrixmaterial entsprechend zu schützen.Furthermore, it has surprisingly been shown that the layer thickness of the top layer with the material composition based on acrylate described here can have a significantly reduced thickness, in order nevertheless to protect the underlying matrix material accordingly.
Weiterhin wird mit dem hier beschriebenen Kunststoffverbund ein deutlich reduziertes Gesamtgewicht erhalten, verglichen zu bekannten faserverstärkten Platten aus dem Stand der Technik. So kann vorteilhaft eine Gewichtsreduktion von bis zu 100 g mit dem hier beschriebenen Kunststoffverbund bezogen auf die Fläche von 1 m2 erreicht werden. Folglich ist der hier beschriebene Kunststoffverbund besonders geeignet, um vorteilhaft im Leichtbau, im Baubereich für Gebäudefassaden, im Transportwesen bei LKW-Aufbauten oder bei Freizeitfahrzeugen im Caravaning-Bereich Anwendung zu finden.Furthermore, with the plastic composite described here, a significantly reduced overall weight is obtained compared to known fiber-reinforced panels from the prior art. In this way, a weight reduction of up to 100 g can advantageously be achieved with the plastic composite described here, based on an area of 1 m 2 . Consequently, the plastic composite described here is particularly suitable to be used advantageously in lightweight construction, in the construction sector for building facades, in transport for truck bodies or in leisure vehicles in the caravanning sector.
Vorteilhaft ist unter einem aliphatischen Harz ein Harz zu verstehen, welchem ein aromatisches Grundgerüst fehlt. Dies ist von Vorteil, da dieses Harz durch UV-Beaufschlagung vernetzt werden kann, ohne dass das Grundgerüst hierbei zerstört wird. Insbesondere hat es sich überraschenderweise gezeigt, dass dies mit einem ungesättigten aliphatischen Harz auf Acrylatbasis besonders gut funktioniert.An aliphatic resin is advantageously understood to mean a resin which lacks an aromatic backbone. This is advantageous because this resin can be crosslinked by exposure to UV light without destroying the basic structure. In particular, it has surprisingly been shown that this works particularly well with an unsaturated aliphatic resin based on acrylate.
Vorteilhaft können unter „acrylatbasiertem Harz“ jegliche Art an Acrylharzen und/oder Acrylatharzen verstanden werden.“Acrylate-based resin” can advantageously be understood to mean any type of acrylic resin and/or acrylate resin.
Es hat sich vorteilhaft gezeigt, dass die Oberschicht im fertigen Endprodukt eine besonders hohe Farbstabilität sowie auch eine besonders hohe Glanzstabilität aufweist. Für den gesamten Kunststoffverbund bedeutet dies, dass er als faserverstärkter Kunststoffverbund eine deutlich verbesserte UV- und auch Witterungsbeständigkeit aufweist. Vorteilhaft ist das Material der Matrixschicht ausgewählt aus der Gruppe ungesättigte Polyesterharze, Vinylesterharze, Epoxidharze, Polyurethanharze und/oder Kombinationen hieraus als Basisschichtmaterial der Matrixschicht zu verstehen.It has been shown to be advantageous that the top layer in the finished end product has a particularly high color stability and also a particularly high gloss stability. For the entire plastic composite, this means that, as a fiber-reinforced plastic composite, it has significantly improved UV and weather resistance. The material of the matrix layer selected from the group consisting of unsaturated polyester resins, vinyl ester resins, epoxy resins, polyurethane resins and/or combinations thereof is advantageously to be understood as the base layer material of the matrix layer.
Das Matrixmaterial ist so ausgewählt, dass sich vorteilhaft eine ausreichende Flexibilität im ausgehärteten Zustand bedingt. Hierbei haben sich Harze mit einer Bruchdehnung im Bereich von 1,5 - 3,0% (
Neben der Bruchdehnung des Harzes ist die bereitgestellte Wärmeformbeständigkeit ebenfalls wichtig. Wird diese zu niedrig ausgewählt, kann es beim Einsatz von dunklen Materialien, welche eine höhere Wärmebelastung bedingen, zu Wärmeverformungen im Kunststoffverbund kommen. Es haben sich daher insbesondere Harze als geeignet erwiesen, welche mindestens eine Wärmeformbeständigkeit nach ISO 75 Methode A von 60°C aufweisen. Als besonders geeignet Harze welche die zwischen 70 - 90°C aufweisen. Besonders vorteilhaft wird das Matrixmaterial aus der Gruppe Polyesterharze, Vinylesterharze, Epoxidharze, Polyurethanharze und/oder Kombinationen hieraus ausgewählt.In addition to the elongation at break of the resin, the heat resistance provided is also important. If this is selected too low, heat deformations in the plastic composite can occur when using dark materials, which cause a higher heat load. Resins have therefore proven to be particularly suitable which have at least a heat resistance according to ISO 75 Method A of 60°C. Particularly suitable resins are between 70 - 90°C. The matrix material is particularly advantageously selected from the group consisting of polyester resins, vinyl ester resins, epoxy resins, polyurethane resins and/or combinations thereof.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.Further advantageous embodiments result from the following dependent claims.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Oberschicht wenigstens einen tiefenhärtenden UV-Initiator aufweist. Dies erweist sich als vorteilhaft, da bei Beaufschlagung mit UV-Strahlung der Vernetzungsprozess gerade nicht an der Oberfläche des Materials beginnt, sondern in den darunter liegenden Volumen. Folglich kann erstmals erreicht werden, dass gerade die freiliegende, direkt mit UV-Strahlung beaufschlagte Oberfläche nicht vollständig gehärtet wird. Es hat sich zudem als vorteilhaft erwiesen, wenn der UV-Initiator anfällig für Sauerstoffinhibierung ist, da dann die Umsetzung verlangsamt wird. Die zwar gebildeten Radikale werden durch den radikalischen Charakter des Luftsauerstoffs abgebunden bevor sie die Polymerisation starten können. Die verlangsamte Umsetzung an der Grenzschicht ermöglicht die chemische Vernetzung der Oberschicht mit der Matrixschicht und führt vorteilhaft zu einem dauerhaften Verbund von Matrixschicht und Oberschicht. Bei dem hier beschriebenen Kunststoffverbund liegen sehr gute Bindeeigenschaften zwischen Oberschicht und Matrixschicht vor. Ein Adhäsionsverlust, beispielsweise in Form von Abplatzungen oder Rissen wird nicht beobachtet.In a further advantageous embodiment, it has proven advantageous for the top layer to have at least one deep-curing UV initiator. This proves to be advantageous, since when exposed to UV radiation, the crosslinking process does not begin on the surface of the material, but in the volume below. Consequently, it can be achieved for the first time that precisely the exposed surface directly exposed to UV radiation is not fully cured. It is also found to be advantageous if the UV initiator is susceptible to oxygen inhibition since the reaction is then slowed down. The free radicals formed are acidified by the free radical character of the air toffs before they can start polymerisation. The slower reaction at the boundary layer allows the top layer to be chemically crosslinked with the matrix layer and advantageously leads to a permanent bond between the matrix layer and the top layer. The plastic composite described here has very good bonding properties between the top layer and the matrix layer. A loss of adhesion, for example in the form of flaking or cracks, is not observed.
Der UV-Initiator wird zum Starten der radikalischen Polymerisation bei UV-Strahlungsbeaufschlagung benötigt. Hier sei darauf hingewiesen, dass ohne UV-Beaufschlagung keine Vernetzung stattfindet. Dies erweist sich insbesondere bei der Lagerung und Bereitstellung des Obermaterials als vorteilhaft, da dieses trotz Vermischung somit lange Zeit genutzt werden kann. Folglich ergeben sich unter UV-Ausschluss besonders lange Topfzeiten von mehreren Tagen bis zu mehreren Monaten, vorteilhaft bis zu 12 Monaten. Unter „Topfzeit“ versteht man im Allgemeinen die Zeitspanne, in der zwei oder mehr miteinander reaktive Komponenten, beispielsweise Harz und Härter, nach dem Vermischen verwendbar bleiben.The UV initiator is required to start the radical polymerization when exposed to UV radiation. It should be noted here that no crosslinking takes place without UV exposure. This proves to be particularly advantageous when storing and preparing the outer material, since it can be used for a long time despite being mixed. Consequently, with the exclusion of UV rays, the pot lives are particularly long, from several days to several months, advantageously up to 12 months. "Pot life" is generally understood to mean the length of time that two or more components which are reactive with one another, for example resin and hardener, remain usable after mixing.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass der tiefenhärtende UV-Initiator wenigstens eine Phosphinoxid-Gruppe aufweist. Hierbei haben sich insbesondere Phosphinoxide, beispielsweise Diphenyl-(2,4,6-trimethylbenzoyl)- phosphinoxid (Omnirad TPO), Ethyl-(2,4,6-trimethylbenzoyl)phenylphosphinat (Omnirad TPO-L) oder Phenyl-bis-(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phosphinoxid (Omnirad 819) als vorteilhaft erwiesen. Diese Phosphinoxidgruppe kann mit langwelliger UV-Strahlung gehärtet und vernetzt werden. Auf der freien Oberseite, von wo die UV-Strahlung eingebracht wird, werden die gebildeten Radikale mit Luftsauerstoff abgebunden. Der Vernetzung läuft gehemmt ab. Abseits der freien Oberseite, also im Oberschichtvolumen darunter, kann die Vernetzung deutlich besser ablaufen. Daher kann die hier in der Oberschicht eingebrachte Phosphinoxidgruppe eine Tiefenhärtung ausbilden.In a further advantageous embodiment, it has proven advantageous for the deep-curing UV initiator to have at least one phosphine oxide group. Phosphine oxides, for example diphenyl-(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide (Omnirad TPO), ethyl-(2,4,6-trimethylbenzoyl)phenylphosphinate (Omnirad TPO-L) or phenylbis-(2 ,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide (Omnirad 819) proved to be advantageous. This phosphine oxide group can be cured and crosslinked with long-wave UV radiation. On the free upper side, from where the UV radiation is introduced, the radicals formed are bound with atmospheric oxygen. Networking is inhibited. Away from the free upper side, i.e. in the upper layer volume below, the crosslinking can take place much better. Therefore, the phosphine oxide group introduced here in the top layer can form deep hardening.
Weiterhin erweist sich ein tiefenhärtender UV-Initiator, vorteilhaft aus der oben genannten Phosphinoxidgruppe ausgewählt, als vorteilhaft, wenn die Oberschicht wenigstens ein weiteres Additiv, beispielsweise ein Farbpigment, aufweist. Durch die langwellige Anregung der hier offenbarten UV-Initiatoren wird die in die Oberschicht eingebrachte UV-Strahlung gerade nicht von dem Farbpigment absorbiert und steht somit der Polymerisation der Oberschicht vollständig zur Verfügung. Hierdurch kann erstmals eine eingefärbte Oberschicht qualitativ hochwertig vernetzt und gehärtet werden.Furthermore, a deep-curing UV initiator, advantageously selected from the phosphine oxide group mentioned above, proves to be advantageous if the top layer has at least one further additive, for example a color pigment. Due to the long-wave excitation of the UV initiators disclosed here, the UV radiation introduced into the top layer is not absorbed by the color pigment and is therefore completely available for the polymerization of the top layer. As a result, a colored top layer can be crosslinked and hardened to a high quality for the first time.
Als besonders vorteilhafter UV-Intitiator hat sich TPO-L erwiesen, da diese Zusammensetzung bereit in flüssigem Aggregatszustand bereitgestellt werden kann. Die beiden anderen Zusammensetzungen Omnirad 819 und Omnirad TPO liegen im festen Aggregatszustand vor und müssen vor Verwendung erst in den flüssigen Aggregatszustand überführt werden.TPO-L has proven to be a particularly advantageous UV initiator, since this composition can already be provided in the liquid state of aggregation. The other two compositions, Omnirad 819 and Omnirad TPO, are in the solid state and must first be converted to the liquid state before use.
Wird die aufgetragene Oberschicht dann mit wenigstens einer UV-Strahlungsquelle beaufschlagt, so wird ein Härtungsgradient ausgebildet. Direkt an der Oberfläche der Oberschicht, wo die UV-Strahlung auftrifft ist der Umsatz zur Vernetzung gering und nimmt in Richtung des Schichtdickenverlaufs zu. Dies bedeutet, das tieferliegende Bereiche der Oberschicht eine deutlich höhere Umsetzung bei der Vernetzung aufweisen.If the top layer applied is then exposed to at least one UV radiation source, a curing gradient is formed. Directly on the surface of the top layer, where the UV radiation hits, the conversion to crosslinking is low and increases in the direction of the layer thickness progression. This means that lower-lying areas of the top layer have a significantly higher conversion during crosslinking.
Weiterhin weist die Tiefenhärtung den Vorteil auf, dass während des Herstellungsverfahrens die Oberschicht flach verbleibt. Würde beispielsweise die Tiefenhärtung nicht ausreichend durchgeführt werden, so kommt es während des Herstellungsverfahrens zum Aufschieben der Oberschicht, sodass die Herstellung abgebrochen werden muss, da eine Oberschicht mit Wellen und Aufschiebung unbrauchbar ist. Eine unzureichende Tiefenhärtung und somit unbrauchbare Oberschichten kann beispielsweise bei Initiatoren wie Methylbenzoylformiat oder 1-Hydroxycyclohexyl-phenyl-keton oder auch bei Verwendung von Acetophenonen oder Benzophenonen beobachtet werden.Furthermore, deep curing has the advantage that the top layer remains flat during the manufacturing process. For example, if the depth hardening were not carried out sufficiently, the top layer would delaminate during the manufacturing process, so that the production had to be stopped, since a top layer with corrugations and delamination would be unusable. Insufficient deep curing and thus unusable top layers can be observed, for example, with initiators such as methyl benzoyl formate or 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone or also when using acetophenones or benzophenones.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das acrylatbasierte Harz der Oberschicht ein Urethanacrylatharz sein. Dieses kann als Basisschichtmaterial der Oberschicht bezeichnet werden. Dieses weist ein aliphatisches Grundgerüst auf, welches eine Vielzahl an Carbamatgruppen aufweist. Das Grundgerüst weist weiterhin wenigstens eine Methacrylatgruppe und/oder eine Acrylatgruppe als freie Endgruppe auf. Über diese Gruppe erfolgt die Vernetzung. Als Ergebnis der Vernetzung bildet sich ein Urethanacrylatnetzwerk aus, bei welchem die einzelnen Oligomere mit dem aliphatischen Grundgerüst, den daran angeordneten Carbamatgruppen und der wenigstens einen Vernetzungsgruppe miteinander interagieren. Die Stabilität des Netzwerks wird über die vernetzbaren Acrylatgruppen und/oder Methacrylatruppen der Oligomere erhalten. Die Carbamatgruppen eines Oligomers können über Wasserstoffbrückenbindungen reversibel an andere Carbamatgruppen anderer Oligomere binden. Durch diese Kombination bleibt die Oberschicht auch nach der Vernetzung noch ausreichend flexibel und Risse sowie Brüche werden verhindert.In a further advantageous embodiment, the acrylate-based resin of the top layer can be a urethane acrylate resin. This may be referred to as the base layer material of the top layer. This has an aliphatic backbone which has a large number of carbamate groups. The basic structure also has at least one methacrylate group and/or one acrylate group as a free end group. Networking takes place via this group. As a result of the crosslinking, a urethane acrylate network is formed in which the individual oligomers interact with one another with the aliphatic basic structure, the carbamate groups arranged thereon and the at least one crosslinking group. The stability of the network is obtained via the crosslinkable acrylate groups and/or methacryl groups of the oligomers. The carbamate groups of one oligomer can be reversibly hydrogen bonded to others bind carbamate groups of other oligomers. This combination means that the top layer remains sufficiently flexible even after crosslinking, and cracks and breaks are prevented.
Weiterhin vorteilhaft ist das wenigstens eine acrylatbasierte Harz photoinitiierbar ausgebildet, so dass die Vernetzung durch radikalische Polymerisation bei UV-Beaufschlagung erfolgt. Dies hat zudem den Vorteil, dass die Vernetzung in extrem kurzen Zeitintervallen ablaufen kann, wobei zugleich eine homogene Oberflächenstruktur und Gesamtstruktur der Oberschicht erzielt wird. Die mittels UV-Beaufschlagung tiefenzuhärtende Oberschicht wird in einem Zeitintervall von 3-30 Sekunden, vorteilhafter von 5 bis 15 Sekunden, mit UV-Strahlung beaufschlagt. Dieses sehr kurze Zeitintervall ist ausreichend, damit die tiefenhärtende Vernetzung der Oberschicht ausgebildet wird. Somit ist ein besonders schnelles Vernetzen möglich, was für das gesamte Herstellungsverfahren eine besonders hohe Zeitersparnis bedeutet. Einher mit der Zeitersparnis geht eine Kostenreduktion und der Markterfolg kann gesteigert werden.Furthermore, the at least one acrylate-based resin is advantageously designed to be photoinitiable, so that the crosslinking takes place by free-radical polymerisation when exposed to UV light. This also has the advantage that crosslinking can take place in extremely short time intervals, with a homogeneous surface structure and overall structure of the top layer being achieved at the same time. The upper layer, which is to be deep-cured by means of UV exposure, is exposed to UV radiation in a time interval of 3-30 seconds, more advantageously 5 to 15 seconds. This very short time interval is sufficient for the deep-curing crosslinking of the top layer to develop. This enables particularly fast crosslinking, which means a particularly large amount of time is saved for the entire production process. The time saving is accompanied by a cost reduction and the market success can be increased.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Material der Oberschicht mit weiteren reaktiven Monomeren versetzt sein. Derartige Monomere können 1,6-Hexandioldiacrylate (HDDA) und/oder Trimethylolpropan-triacrylat (TMPTA) sein. Durch Zugabe von reaktiven Monomeren zum acrylatbasierten Harz, können die Eigenschaften der Oberschicht, insbesondere im Hinblick auf deren Flexibilität, gezielt verändert werden. So kann durch Zugabe von 1,6-Hexandioldiacrylate (HDDA) und/oder Trimethylolpropan-triacrylat (TMPTA) die Flexibilität der Oberschicht im ausgehärteten Zustand erhöht werden. Hierdurch wird die Oberschicht weniger anfällig für tiefgehende Kratzer und Beschädigungen. 1,6-Hexandioldiacrylate (HDDA) und/oder Trimethylolpropan-triacrylat (TMPTA) können als ReaktionslösemittelReaktivlösemittel verstanden werden.In a further advantageous embodiment, the material of the upper layer can be mixed with further reactive monomers. Such monomers can be 1,6-hexanediol diacrylate (HDDA) and/or trimethylolpropane triacrylate (TMPTA). By adding reactive monomers to the acrylate-based resin, the properties of the top layer, especially with regard to its flexibility, can be changed in a targeted manner. For example, the flexibility of the top layer in the cured state can be increased by adding 1,6-hexanediol diacrylate (HDDA) and/or trimethylolpropane triacrylate (TMPTA). This makes the top layer less susceptible to deep scratches and damage. 1,6-Hexanediol diacrylate (HDDA) and/or trimethylolpropane triacrylate (TMPTA) can be understood as reaction solvents.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Matrixschicht wenigstens eine Art an Fasern als Verstärkungsmaterial aufweisen. Das gewählte Verstärkungsmaterial und somit die Art der Fasern richtet sich vorteilhaft nach der geplanten Verwendung des hergestellten Kunststoffverbundes. So sind beispielsweise Carbonfasern, Glasfasern, Polymerfasern, Basaltfasern und/oder Kombinationen hieraus möglich. Die in die Matrixschicht eingebrachten Fasern dienen der Verstärkung der Matrixschicht bei von außen einwirkender Kraftbeaufschlagung, beispielsweise aufgrund von Torsionskräften durch den Fahrbetrieb der Freizeitfahrzeuge oder Nutzfahrzeuge, durch Stoßbelastungen auf dem Campingplatz oder im Straßenverkehr oder auch durch Wetterereignisse wie Hagel oder starke Winde.In a further advantageous embodiment, the matrix layer can have at least one type of fibers as reinforcement material. The selected reinforcement material and thus the type of fibers advantageously depends on the planned use of the plastic composite produced. For example, carbon fibers, glass fibers, polymer fibers, basalt fibers and/or combinations thereof are possible. The fibers introduced into the matrix layer serve to reinforce the matrix layer when external forces are applied, for example due to torsional forces caused by the driving of leisure vehicles or commercial vehicles, by impact loads on the campsite or in road traffic or by weather events such as hail or strong winds.
Die Fasern können beispielsweise als Schnittglasfasern, Schnittglasmatten, Glasrovinggewebe, Multiaxialgelege und/oder Kombinationen hieraus in der Matrixschicht eingebettet sein. Als besonders vorteilhaft aufgrund der einfachen Verarbeitung und hohen Verstärkungseigenschaften haben sich insbesondere Glasfasern als Verstärkungsmaterial erwiesen.The fibers can be embedded in the matrix layer, for example as chopped glass fibers, chopped glass mats, glass roving fabrics, multiaxial fabrics and/or combinations thereof. Glass fibers in particular have proven to be particularly advantageous as a reinforcing material due to the simple processing and high reinforcing properties.
Besonders vorteilhaft handelt es sich bei dem eingebrachten Verstärkungsmaterial um textiles Halbzeug. Dies kann beispielsweise Schnittglasmatten, Glasrovinggewebe, Multiaxialgelege und/oder Kombinationen hieraus sein.The reinforcement material introduced is particularly advantageously a semi-finished textile product. This can be, for example, chopped glass mats, glass roving fabrics, multiaxial fabrics and/or combinations thereof.
Wird bei der Herstellung des hier beschriebenen Kunststoffverbundes beispielsweise eine Schnittglasmatte als Verstärkungsmaterial eingesetzt, so kann diese während des Herstellungsverfahrens kontinuierlich abgewickelt und von oben zunächst auf das flüssige Matrixschichtmaterial gelegt werden. Durch die Kapillarkräfte wird die die Schnittglasmatte gut benetzt. Optional können zusätzlich Tränkhilfen bereitgestellt werden, um die Imprägnierung zu beschleunigen und zu verbessern. Die Schnittglasmatte wird von der noch flüssigen Matrixschicht aufgenommen.If, for example, a cut glass mat is used as reinforcement material in the production of the plastic composite described here, it can be unwound continuously during the production process and first placed on top of the liquid matrix layer material. The cut glass mat is well wetted by the capillary forces. Optionally, additional impregnation aids can be provided in order to accelerate and improve the impregnation. The cut glass mat is absorbed by the still liquid matrix layer.
Es ist auch denkbar, in Abhängigkeit der Verwendung des fertigen Kunststoffverbundes, dass beispielsweise mehrere gleiche und/oder mehrere verschiedene Faserverstärkungsmaterialien in der Matrixschicht eingebettet sind. Beispielsweise ist denkbar, dass mehrere Schnittglasmatten, mehrere Multiaxialgelege und/oder mehrere Glasrovinggewebe in der Matrixschicht eingebettet sind. It is also conceivable, depending on the use of the finished plastic composite, that, for example, several identical and/or several different fiber reinforcement materials are embedded in the matrix layer. For example, it is conceivable that a number of cut glass mats, a number of multiaxial fabrics and/or a number of glass roving fabrics are embedded in the matrix layer.
Hierdurch kann der Verstärkungseffekt, welchen das jeweilige Verstärkungsmaterial bedingt, gezielt eingestellt werden.In this way, the reinforcement effect caused by the respective reinforcement material can be adjusted in a targeted manner.
Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass mehr als eine Schnittglasmatte in die Matrixschicht, welche noch zu Härten ist, eingeführt wird. Vorteilhaft wird das Ausbringen der Schnittglasmatten zeitlich versetzt nacheinander und von oben her durchgeführt. Das zeitliche versetzte Ausbringen mehrerer Schnittglasmatten weist den Vorteil auf, dass das noch flüssige Harz als Schicht intakt bleibt und die Schnittglasmatten nacheinander über die Kapillarkräfte imprägniert werden können.Of course, it is also conceivable that more than one cut glass mat is introduced into the matrix layer, which is still to be hardened. Advantageously, the cut glass mats are discharged one after the other and from above, with a time offset. The staggered application of several cut glass mats ten has the advantage that the still liquid resin remains intact as a layer and the cut glass mats can be impregnated one after the other via capillary forces.
Durch die statistische Anordnung der Glasfasern in Länge und Breite der Schnittglasmatte ergibt sich eine offene Struktur. Genau diese Struktur ist vorteilhaft, damit die Schnittglasmatte in das noch flüssige Matrixschichtmaterial eintauchen kann. Wäre die Struktur zu engmaschig, so würde es zu Lufteinschlüssen im Lagenaufbau kommen. Durch die sehr offene Struktur der vorliegend verwendeten Schnittglasmatten wird deren Imprägnierung unterstützt und Porenbildung durch Lufteinschlüsse werden vermieden. Die Schnittglasmatten werden von oben in das bereits aufgetragene, noch flüssige Matrixschichtmaterial ausgebracht, so dass die Schnittglasmatten in das flüssige Matrixmaterial eintauchen können.The random arrangement of the glass fibers in length and width of the cut glass mat results in an open structure. Exactly this structure is advantageous so that the cut glass mat can dip into the still liquid matrix layer material. If the structure were too close-meshed, air inclusions would occur in the layer structure. Due to the very open structure of the cut glass mats used here, their impregnation is supported and the formation of pores due to air inclusions is avoided. The cut glass mats are applied from above into the already applied, still liquid matrix layer material, so that the cut glass mats can dip into the liquid matrix material.
Würde hingegen eine Schnittglasmatte mit der 4fachen Stärke einer üblichen Schnittglasmatte ausgebracht werden, so würde das Ausbringen von oben in die noch flüssige Matrixschicht hinein das noch flüssige Harz der Matrixschicht verdrängen und die Schicht würde zerstört und vollkommen unbrauchbar werden. If, on the other hand, a cut glass mat with four times the thickness of a conventional cut glass mat were to be applied, applying it from above into the still liquid matrix layer would displace the still liquid resin of the matrix layer and the layer would be destroyed and become completely unusable.
Besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die hier eingesetzten Schnittglasmatten als Endlosmatten bereitgestellt werden. Diese weist dann vorteilhaft endlos lange Fasern auf, welche statistisch über Breite und Länge der Matte abgelegt werden. Hierdurch ergibt sich eine offene Struktur. Genau diese Struktur ist vorteilhaft, damit die Schnittglasmatte in das noch flüssige Matrixschicht Material eintauchen kann. Wäre die Struktur zu engmaschig, so würde es zu Lufteinschlüssen im lagen Aufbau kommen. Durch die sehr offene Struktur der vorliegend verwendeten Schnittglasmatten wird eine Imprägnierung unterstützt und Porenbildung durch Lufteinschlüsse werden vermieden.It has proven particularly advantageous if the cut glass mats used here are provided as endless mats. This then advantageously has endlessly long fibers which are deposited statistically over the width and length of the mat. This results in an open structure. Exactly this structure is advantageous so that the cut glass mat can dip into the still liquid matrix layer material. If the structure were too close-meshed, air inclusions would occur in the layered structure. The very open structure of the cut glass mats used here supports impregnation and the formation of pores due to air inclusions is avoided.
Vorteilhaft weist der fertige Kunststoffverbund einen Glasanteil von 15 bis 65 Gew% bezogen auf das Gesamtgewicht des ausgehärteten Kunststoffverbundes auf. Hierdurch wird eine ausreichende Verstärkung der Matrixschicht gewährleistet, unter gleichzeitiger Beibehaltung einer entsprechenden Flexibilität. Dies ist insbesondere beim Konfektionieren notwendig, da sonst beim Schneiden des Endlos-Kunststoffverbunds die Schnittkanten absplittern würden.The finished plastic composite advantageously has a glass content of 15 to 65% by weight, based on the total weight of the cured plastic composite. This ensures that the matrix layer is adequately reinforced while at the same time maintaining a corresponding flexibility. This is particularly necessary during assembly, as otherwise the cut edges would splinter when cutting the endless plastic composite.
Wird das Matrixmaterial ausgehärtet, so werden die darin angeordneten Fasern entsprechend fixiert. Hierdurch wird die gesamte Struktur des Matrixmaterials fixiert. Eine Umformung ist nicht mehr möglich. Insbesondere durch die Fixierung der Fasern in der Matrixschicht wird die Faserverstärkung derart ausgebildet, dass die Übertragung von mechanischem Stress auf die Fasern stattfindet, sodass eine hohe spezifische Steifigkeit sowie eine hohe mechanische Stärke des resultierenden Kunststoffverbundes erreicht werden kann.If the matrix material is hardened, the fibers arranged in it are correspondingly fixed. This fixes the entire structure of the matrix material. A transformation is no longer possible. In particular, by fixing the fibers in the matrix layer, the fiber reinforcement is formed in such a way that mechanical stress is transferred to the fibers, so that a high specific rigidity and a high mechanical strength of the resulting plastic composite can be achieved.
Als besonders vorteilhaft haben sich Schnittglasmatten mit einer Faserfeinheit von 12 bis 30 tex ergeben. Bei Verwendung dieser Faserfeinheit kann eine hohe Oberflächenebenmäßigkeit der Matrixschicht erzeigt werden.Cut glass mats with a fiber fineness of 12 to 30 tex have proven particularly advantageous. When using this fineness of fiber, a high level of surface evenness of the matrix layer can be produced.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann zwischen Oberschicht und Matrixschicht wenigstens eine Separationsschicht angeordnet sein. Diese wenigstens eine Separationsschicht kann beispielsweise als Glasvlies ausgebildet sein. Diese Separationsschicht hat die Aufgabe, eine Trennung zwischen Oberschicht und den Fasern der Matrixschicht zu schaffen. Zum einen kann hierdurch verhindert werden, dass Fasern im Herstellungsprozess die nur tiefengehärtete Oberschicht verletzen und signifikante Fehlstellen bedingen.In a further advantageous embodiment, at least one separating layer can be arranged between the top layer and the matrix layer. This at least one separating layer can be designed as a glass fleece, for example. This separating layer has the task of creating a separation between the top layer and the fibers of the matrix layer. On the one hand, this can prevent fibers in the manufacturing process from damaging the deep-hardened top layer and causing significant defects.
Zudem bilden die in der Matrixschicht eingebetteten Fasern an der Grenzfläche zur Oberschicht eine Struktur aus, welche als Faserabdruck bezeichnet wird. Der Faserabdruck ist im fertigen Kunststoffverbund durch die Oberschicht hindurch sichtbar. Insbesondere bei der Verwendung des Kunststoffverbundes im Caravaning-Bereich ist dieser Faserabdruck absolut unerwünscht. An die Wandelemente von Wohnwägen und/oder Wohnmobilen werden hohe Qualitätsanforderungen gestellt, sodass sich ein sichtbarer Faserabdruck als Qualitätsminderung bzw. Mangel darstellt. Weist das Glasvlies vorteilhaft eine Dicke im Bereich von 150 - 250 µm auf, wird der durch die Oberschicht hindurch sichtbare Faserabdruck überspannt und deutlich in seiner optischen Sichtbarkeit reduziert. Vorteilhaft weist das Glasvlies eine Grammatur im Bereich von 15 bis 35 gr/m2 auf. Der oben genannte Glasanteil im fertigen Kunststoffverbund ist als Gesamtglasanteil zu verstehen. In diesem ist der Glasanteil eines oder mehrerer Glasvliese inkludiert.In addition, the fibers embedded in the matrix layer form a structure at the interface with the top layer, which is referred to as a fiber imprint. The fiber imprint is visible through the top layer in the finished plastic composite. This fiber imprint is absolutely undesirable, especially when using the plastic composite in the caravanning sector. High quality requirements are placed on the wall elements of caravans and/or mobile homes, so that a visible fiber imprint represents a reduction in quality or a defect. If the glass fleece advantageously has a thickness in the range of 150-250 μm, the fiber imprint visible through the top layer is spanned and its optical visibility is significantly reduced. Advantageously, the glass fleece has a grammage in the range from 15 to 35 g/m 2 . The above-mentioned proportion of glass in the finished plastic composite is to be understood as the total proportion of glass. This includes the glass portion of one or more glass fleeces.
Die wenigstens eine Separationsschicht wird daher eingesetzt, um eine optische Trennung zwischen Oberschicht und Fasern in der Matrixschicht herzustellen. Zugleich wird der Faserabdruck überspannt und somit reduziert. So weist der hier beschriebene Kunststoffverbund bei der Verwendung als Wohnwagenwandelement und/oder Wohnmobilwandelement wenigstens eine faserabdruckmindernde Separationsschicht auf.The at least one separating layer is therefore used to create an optical separation between the top layer and fibers in the matrix layer. At the same time, the fiber impression is spanned and thus reduced. The plastic composite described here has at least one fiber imprint-reducing separation layer when used as a caravan wall element and/or mobile home wall element.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Matrixschicht aus einem ungesättigten Polyesterharz und/oder einem Vinylesterharz ausgebildet, welche beide ungesättigte Gruppen aufweisen. Um die radikalische Polymerisation der ungesättigten Gruppen zu initiieren, weist das Matrixmaterial vorteilhaft wenigstens ein organisches Peroxid auf, welches sich bei Temperaturbeaufschlagung zersetzt. Zusätzlich kann ein Vernetzer ebenfalls im Matrixmaterial vorgesehen sein, welcher die Vernetzung des jeweiligen Harzes bedingt. Als Beispiel für einen derartigen Vernetzer kann Styrol verwendet werden.In a further advantageous embodiment, the matrix layer is formed from an unsaturated polyester resin and/or a vinyl ester resin, both of which have unsaturated groups. In order to initiate the free-radical polymerization of the unsaturated groups, the matrix material advantageously has at least one organic peroxide, which decomposes when exposed to temperature. In addition, a crosslinking agent can also be provided in the matrix material, which causes the crosslinking of the respective resin. Styrene can be used as an example of such a crosslinker.
Neben der Funktion als Vernetzer hat Styrol weiterhin die Aufgabe eines Lösungsmittels für das jeweilige Harz. In dem beispielsweise ein ungesättigtes Polyesterharz und/oder Vinylesterharz verwendet wird, können kovalente Bindungen zu dem ungesättigten, aliphatischen Harz der Oberschicht ausgebildet werden.In addition to its function as a crosslinker, styrene also acts as a solvent for the resin in question. For example, by using an unsaturated polyester resin and/or vinyl ester resin, covalent bonds can be formed to the unsaturated aliphatic resin of the topsheet.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann das Matrixmaterial auch ein Epoxidharz und/oder ein Polyurethanharz sein. Beide Harze weisen keine ungesättigten Gruppen auf. Bei Verwendung dieser Art an Harzen ist es notwendig, eine Polyaddition als Polymerisationsreaktion zu starten. In diesem Fall wird zur Vernetzung des Harzes jegliche Molekülart mit reaktivem Sauerstoff genutzt werden können. Dies inkludiert beispielsweise Amine, Säuren, Säureanhydride, Alkohole und/oder Thiole sowie Kombinationen hieraus. Wird Epoxidharz und/oder ein Polyurethanharz als Matrixmaterial verwendet, so wird dieses zu der Oberschicht eine nicht-kovalente Bindung eingehen. Dies erfolgt dadurch, dass beide Harzmaterialien der beiden Schichten zumindest teilweise an der Grenzfläche gelöst werden, was zu einer nicht-kovalenten Wechselwirkung zwischen Oberschicht und Matrixschicht führt.In a further exemplary embodiment of the present invention, the matrix material can also be an epoxy resin and/or a polyurethane resin. Both resins have no unsaturated groups. When using this kind of resins, it is necessary to start polyaddition as a polymerization reaction. In this case, any type of molecule containing reactive oxygen can be used to crosslink the resin. This includes, for example, amines, acids, acid anhydrides, alcohols and/or thiols and combinations thereof. If epoxy resin and/or a polyurethane resin is used as the matrix material, this will form a non-covalent bond with the top layer. This is done in that both resin materials of the two layers are at least partially dissolved at the interface, which leads to a non-covalent interaction between the top layer and the matrix layer.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Oberschicht und/oder die Matrixschicht wenigstens ein weiteres Additiv aufweisen. Das Additiv kann vorteilhaft aus der Gruppe farbgebendes Additiv, Effektpigment, UV-Initiator, UV-Stabilisator, Radikalfänger und/oder einer Kombination hieraus ausgewählt sein.In a further advantageous embodiment, the top layer and/or the matrix layer can have at least one further additive. The additive can advantageously be selected from the group of coloring additive, effect pigment, UV initiator, UV stabilizer, radical scavenger and/or a combination thereof.
In einem Ausführungsbeispiel hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn sowohl die Matrixschicht als auch die Oberschicht jeweils wenigstens ein farbgebendes Additiv aufweisen. So ist denkbar, dass vorteilhaft Oberschicht und Matrixschicht jeweils wenigstens ein farbgebendes Pigment aufweisen. Der Kunststoffverbund ist hiermit durchgefärbt, sodass bei möglichen äußeren Beschädigungen der Oberschicht, wie beispielsweise einem Kratzer, dieser nahezu nicht auffällt.
Folglich können mit dem wenigstens einen farbgebenden Pigment kleinere Beschädigungen des Kunststoffverbundes optisch hervorragend ausgeglichen werden. Vorteilhaft ist der fertige Kunststoffverbund, also dessen beide Schichten, mit dem gleichen farbgebenden Pigment durchgefärbt.In one embodiment, it has proven to be advantageous if both the matrix layer and the top layer each have at least one coloring additive. It is conceivable that the upper layer and the matrix layer each have at least one coloring pigment. The plastic composite is dyed through so that any possible external damage to the top layer, such as a scratch, is almost unnoticeable.
Consequently, with the at least one coloring pigment, minor damage to the plastic composite can be optically compensated in an excellent manner. The finished plastic composite, ie its two layers, is advantageously colored throughout with the same coloring pigment.
In Abhängigkeit der Verwendung des Kunststoffverbundes zeigt beispielsweise Titandioxid eine besonders gute weißfarbgebende Wirkung. Hierdurch wird die das Titandioxid enthaltene Schicht weiß eingefärbt. Neben Titandioxid sind beispielsweise auch Bariumsulfat oder Zinksulfid als farbgebende Pigmente zu nennen. Auch diese bedingen eine weiße Einfärbung der jeweiligen Schicht.Depending on the use of the plastic composite, titanium dioxide, for example, exhibits a particularly good white coloring effect. As a result, the layer containing the titanium dioxide is colored white. In addition to titanium dioxide, there are also, for example, barium sulphate or zinc sulphide which can be mentioned as coloring pigments. These also require a white coloring of the respective layer.
Selbstverständlich ist dies nicht begrenzend zu verstehen, sodass auch denkbar ist, dass eine und/oder beide Schichten beispielsweise durch die Zugabe von Kohlenstoff schwarz eingefärbt sind.Of course, this is not to be understood as limiting, so that it is also conceivable that one and/or both layers are colored black, for example by adding carbon.
Darüber hinaus ist auch denkbar, die Matrixschicht und/oder die Oberschicht durch Zugabe weiterer farbgebender Pigmente und/oder Farbstoffe gemäß der geplanten Verwendung gezielt einzufärben. Hierbei haben sich zum Beispiel auch blaue Farbstoffe als vorteilhaft erwiesen, da diese bereits im vorgehaltenen Matrixmaterial und/oder Oberschichtmaterial bereitgestellt werden können. Auch Mischungen aus Farbstoffen und Farbpigmenten und/oder aus Farbpigmenten untereinander sind möglich. So kann beispielsweise durch Mischung von Titandioxid und Kohlenstoff eine graue Matrixschicht und/oder Oberschicht erzeugt werden. Das Mischungsverhältnis hängt vom entsprechend gewünschten Grau-Grad ab.In addition, it is also conceivable to specifically color the matrix layer and/or the top layer by adding further coloring pigments and/or dyes according to the intended use. Here, for example, blue dyes have also proven to be advantageous since they can already be provided in the matrix material and/or top layer material that is kept available. Mixtures of dyes and color pigments and/or of color pigments with one another are also possible. For example, a gray matrix layer and/or top layer can be produced by mixing titanium dioxide and carbon. The mixing ratio depends on the desired gray level.
Die Einfärbung beider Schichten ist hier beispielhaft, aber besonders vorteilhaft zu verstehen. Es ist auch denkbar, in Abhängigkeit der Anwendung, die Oberschicht und die Matrixschicht mit unterschiedlichen farbgebenden Additiven zu versetzen.The coloring of both layers is an example here, but is to be understood as being particularly advantageous. It is also conceivable, depending on the application, to add different coloring additives to the top layer and the matrix layer.
Werden Farbpigmente verwendet, so hat es sich als vorteilhaft erwiesen, diese im Bereich von 1 bis 15 phr bezogen auf die jeweilige Schicht im flüssigen Zustand einzubringen. In diesem Bereich zugegebenes Farbpigment in der Oberschicht bedingt ausreichenden Schutz vor Vergilbung der Matrixschicht. Zudem ist die Oberschicht weiterhin tiefenhärtbar ausgebildet.If color pigments are used, it has proven to be advantageous to introduce them in the liquid state in the range from 1 to 15 phr, based on the respective layer. Color pigments added to the top layer in this range provide sufficient protection against yellowing of the matrix layer. In addition, the top layer is still deep-curable.
Als besonders vorteilhaft hat sich die Zugabe von Titandioxid in der Oberschicht gezeigt, wenn eine weiße Einfärbung des Kunststoffverbundes gewünscht ist. Um eine ausreichende Härtung der Oberschicht gewährleisten zu können, und um Auffaltungen während der Härtung zu vermeiden, hat es sich als vorteilhaft gezeigt, den Pigmentgehalt von Titandioxid im Bereich von 1,5-8 phr auszuwählen. Wird beispielsweise ein Titandioxidgehalt von größer 8 phr eingesetzt, wird die Härtung der Oberschicht nachteilig beeinflusst. Es kommt zu Vorhärtungen der Oberschicht, wodurch sich die Oberfläche auffaltet und der darunter liegende Untergrund aber flüssig bleibt. Daher ist ein Titandioxidgehalt von größer 8 phr zu vermeiden. Der Vorteil von Titandioxid sowie auch von anderen farbgebenden Additiven besteht darin, dass das Pigment selbst und/oder dessen absorbierender Charakter die darunter liegende Matrixschicht schützt und deren Vergilbung verhindert wird. Die farbgebenden Additive, wie beispielsweise Farbpigmente, Effektpigmente und/oder Farbstoffe, sind somit als UV-Reflektor und/oder UV-Filter für die darunterliegende, nicht-UV-resistente Matrixschicht ausgebildet.The addition of titanium dioxide to the top layer has proven to be particularly advantageous if the plastic composite is to be colored white. In order to be able to ensure adequate curing of the top layer and to avoid folds during curing, it has been shown to be advantageous to select the pigment content of titanium dioxide in the range from 1.5-8 phr. If, for example, a titanium dioxide content of more than 8 phr is used, the hardening of the top layer is adversely affected. The upper layer is pre-hardened, causing the surface to fold up while the sub-surface underneath remains liquid. A titanium dioxide content of more than 8 phr should therefore be avoided. The advantage of titanium dioxide and other coloring additives is that the pigment itself and/or its absorbent character protects the underlying matrix layer and prevents it from yellowing. The coloring additives, such as color pigments, effect pigments and/or dyes, are thus designed as UV reflectors and/or UV filters for the underlying, non-UV-resistant matrix layer.
Der hier offenbarte Kunststoffverbund zeigt in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform, dass die flüssige Oberschicht einen Farbpigmentgehalt von 3 bis 8 phr aufweisen kann und durch die zeitgleiche Bereitstellung eines tiefhärtenden UV-Initiators, welchen die Oberschicht ebenfalls wenigstens aufweist, erstmals eine durch Farbpigment eingefärbte Oberschicht auch gezielt gehärtet und vernetzt werden kann. Würden übliche, also keine tiefhärtenden UV-Initiatoren verwendet, so wird die einwirkende UV-Strahlung von dem Farbpigment nahezu vollständig reflektiert werden und es findet keine Vernetzung statt. Eine qualitativ hochwertige Härtung einer eingefärbten Oberschicht ist daher erstmals in Kombination mit wenigstens einem tiefenhärtenden UV-Initiator umgesetzt worden.In a particularly advantageous embodiment, the plastic composite disclosed here shows that the liquid top layer can have a color pigment content of 3 to 8 phr and through the simultaneous provision of a deep-curing UV initiator, which the top layer also has at least, a top layer colored by color pigment can also be targeted for the first time can be hardened and crosslinked. If conventional, i.e. no deep-curing, UV initiators were used, the applied UV radiation would be almost completely reflected by the color pigment and no crosslinking would take place. A high-quality curing of a colored top layer has therefore been implemented for the first time in combination with at least one deep-curing UV initiator.
Weist beispielsweise die Oberschicht einen Titandioxidgehalt von 3-8 phr auf, so hat es sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, auch die Matrixschicht mit dem farbgebenden Pigment zu versehen. Aufgrund der geringen Schichtdicke der Oberschicht in Kombination mit dem Titandioxidgehalt im Bereich von 3-8 phr zeigt die Oberschicht eine Transparenz auf. Dies bedeutet, dass keine 100-prozentige Deckkraft erzeugt werden kann. Daher hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Matrixschicht ebenfalls entsprechend einzufärben. Es resultiert ein weißer, durchgefärbter Kunststoffverbund. Dies hat wiederum den Vorteil, wie oben bereits ausgeführt, dass Kratzer insgesamt weniger sichtbar sind und auch tiefe Kratzer optisch nicht in den Vordergrund treten.If, for example, the top layer has a titanium dioxide content of 3-8 phr, it has also proven advantageous to also provide the matrix layer with the coloring pigment. Due to the low layer thickness of the top layer in combination with the titanium dioxide content in the range of 3-8 phr, the top layer shows transparency. This means that 100% opacity cannot be created. It has therefore proven to be advantageous to also color the matrix layer accordingly. A white, through-colored plastic composite results. This in turn has the advantage, as already explained above, that scratches are less visible overall and even deep scratches do not come to the fore optically.
Auch dies ist insbesondere für den Caravaning-Bereich wichtig, da hier die bislang verwendeten Kunststoffverbundstoffe im Laufe der Zeit signifikant vergilben, wodurch sich der Wiederverkaufswert und auch natürlich das optische Auftreten deutlich vermindert und verschlechtert.This is also particularly important for the caravanning sector, since the plastic composites used to date yellow significantly over time, which significantly reduces and degrades the resale value and of course the visual appearance.
Zugleich hat sich herausgestellt, dass der geringe Anteil an wenigstens einem farbgebenden Pigment in der Oberschicht keinen Einfluss auf deren Härtung oder auf den späteren optischen Effekt der Oberschicht ausbildet.At the same time it has been found that the small proportion of at least one coloring pigment in the top layer has no effect on its hardening or on the later optical effect of the top layer.
Weiterhin kann auch wenigstens ein Effektpigment in der Oberschicht und/oder in der Matrixschicht eingesetzt sein. Es ist beispielsweise denkbar, wenigstens ein Effektpigment in der Oberschicht bereitzustellen. Hierdurch kann beispielsweise deren Reflexion stark erhöht werden, sodass sich ein glitzernder optischer Effekt bedingt.Furthermore, at least one effect pigment can also be used in the top layer and/or in the matrix layer. It is conceivable, for example, to provide at least one effect pigment in the top layer. As a result, for example, their reflection can be greatly increased, resulting in a glittering optical effect.
Beispiele für derartige Effektpigmente, welche sich als vorteilhaft gezeigt haben, sind beispielsweise Glaspartikel, Mica und/oder geschichtete Silikatpartikel. Diese können optional mit wenigstens einem oder mehreren der folgenden Oxide beschichtet sein: Titandioxid, Eisenoxid, Siliziumdioxid und/oder Zinnoxid.Examples of such effect pigments which have proven advantageous are, for example, glass particles, mica and/or layered silicate particles. These can optionally be coated with at least one or more of the following oxides: titanium dioxide, iron oxide, silicon dioxide and/or tin oxide.
Weiterhin ist denkbar, die Effektpigmente auszuwählen aus Aluminiumpartikeln, Kupferpartikeln, Messingpartikeln oder Bronzepartikeln und oder Kombinationen hieraus. Hierdurch können besondere metallische Effekte erzeugt werden. Zudem hat sich vorteilhaft gezeigt, dass durch Einsatz von Partikeln in der Oberschicht deren Streuwirkung ausgenutzt werden kann, sodass eintretende UV-Strahlung von der Oberschicht, genauer gesagt durch die darin eingebrachten Partikel reflektiert wird. Dies bringt einen zusätzlichen UV-Schutz der darunterliegenden Matrixschicht, deren Vergilbung dadurch verhindert wird.It is also conceivable to select the effect pigments from aluminum particles, copper particles, brass particles or bronze particles and/or combinations thereof. This allows special metallic effects to be created. In addition, it has been shown to be advantageous that by using particles in the top layer, their scattering effect can be exploited, so that incoming UV radiation is reflected by the top layer, more precisely by the particles introduced therein. This provides additional UV protection for the underlying matrix layer, preventing it from yellowing.
Besonders vorteilhaft weisen die Effektpigmente eine mittlere Partikelgröße im Bereich von 10-100 µm auf. Die Partikelgröße der Effektpigmente ist festgelegt als d50-Wert, welcher lasergranulometrisch bestimmt wird. Der d50-Wert zeigt die mittlere Partikelgröße der Effektpigmente an, wobei 50 % der Effektpigmentpartikel in der untersuchten Probe kleiner sind als der angegebene Wert.The effect pigments particularly advantageously have an average particle size in the range from 10-100 μm. The particle size of the effect pigments is defined as the d 50 value, which is determined by laser granulometry. The d 50 value indicates the average particle size of the effect pigments, with 50% of the effect pigment particles in the sample examined being smaller than the stated value.
Vorteilhaft können daher die farbgebenden Additive, Effektpigmente und Farbstoffe jeglicher Art als farbgebende Additive zusammengefasst werden. Diese können in der Oberschicht und/oder in der Matrixschicht enthalten sein.The coloring additives, effect pigments and dyes of any kind can therefore advantageously be combined as coloring additives. These can be contained in the top layer and/or in the matrix layer.
Selbstverständlich sind die Ausführungsbeispiele hier nicht begrenzend zu verstehen. Es sich auch Kombinationen von Effektpigment, beispielsweise Mica (Glimmer), zu Farbpigment, beispielsweise Titandioxid, in Mischungsverhältnissen von 1 zu 1, 1 zu 2 oder auch 1 zu 3 von Vorteil. Hier können dann Oberschichten mit optischen Effekten und zusätzlichem UV-Schutz bereitgestellt werden.Of course, the exemplary embodiments here are not to be understood as limiting. Combinations of effect pigment, for example mica (mica), with color pigment, for example titanium dioxide, in mixing ratios of 1:1, 1:2 or 1:3 are also advantageous. Top layers with optical effects and additional UV protection can then be provided here.
Weiterhin ist denkbar, dass die Oberschicht als weitere Additive einen oder mehrere UV-Stabilisatoren, UV-Initiatoren und/oder einen oder mehrere Radikalfänger aufweisen kann. Je nach Auswahl und Anteil können hierdurch nochmals die UV- und Witterungsbeständigkeit des gesamten Kunststoffverbunds verbessert werden.It is also conceivable that the top layer can have one or more UV stabilizers, UV initiators and/or one or more free-radical scavengers as further additives. Depending on the selection and proportion, this can further improve the UV and weather resistance of the entire plastic composite.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Oberschicht eine Schichtdicke im ausgehärteten Zustand im Bereich von 40 bis 150 µm aufweisen. Vorteilhafter weist die ausgehärtete Oberschicht eine Schichtdicke zwischen 50 und 110 µm auf. Es haben sich Schichtdicken von 50 pm, 55 µm, 60 µm, 65pm, 70 µm, 75 µm, 80 µm, 85pm, 90 µm, 95 µm, 100 µm, 105 µm, und 110 µm sowie alle dazwischenliegenden Bereiche als vorteilhaft erwiesen, da reduzierte Schichtdicken einen geringeren Materialverbrauch bedingen und insgesamt schnell aushärtbar sind. Zugleich hat sich gezeigt, dass die hier beschriebene Oberschicht trotz der geringen Schichtdicke, wie oben genannt, fehlstellenfrei hergestellt werden kann. Insbesondere ist die resultierende ausgehärtete Oberschicht frei von Fettaugen, frei von Dickstellen, frei von Auffaltungen, frei von Unterhärtungen sowie frei von Mattierungseffekten und dergleichen. Es ist erstmals möglich eine derartige Oberschicht in den hier genannten Schichtdicken fehlstellenfrei über eine Länge von 180 m im Endlosverfahren bereitzustellen.In a further advantageous embodiment, the top layer can have a layer thickness in the cured state in the range from 40 to 150 μm. The cured top layer more advantageously has a layer thickness of between 50 and 110 μm. Layer thicknesses of 50 μm, 55 μm, 60 μm, 65 μm, 70 μm, 75 μm, 80 μm, 85 μm, 90 μm, 95 μm, 100 μm, 105 μm and 110 μm and all areas in between have proven to be advantageous. since reduced layer thicknesses require less material consumption and can be cured quickly overall. At the same time, it has been shown that the top layer described here can be produced without defects despite the small layer thickness, as mentioned above. In particular, the resulting hardened top layer is free of fat spots, free of thick spots, free of folds, free of underhardening and free of matting effects and the like. It is now possible for the first time to provide such a top layer in the layer thicknesses mentioned here without defects over a length of 180 m in a continuous process.
Durch die äußerst geringe Schichtdicke ist es möglich, dass die hergestellten Kunststoffverbundprodukte bei gleicher Dicke einen höheren Glasgehalt und somit auch bessere mechanische Eigenschaften aufweisen, als es aus dem Stand der Technik bislang möglich ist. Alternativ ist es auch denkbar, durch die Schichtdickenreduktion eine Gewichtseinsparung zu erzeugen.Due to the extremely small layer thickness, it is possible for the plastic composite products produced to have a higher glass content and thus also better mechanical properties with the same thickness than has been possible with the prior art up to now. Alternatively, it is also conceivable to save weight by reducing the layer thickness.
Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass der Kunststoffverbund einen höheren Glasgehalt bis zu 65 Gew% aufweisen kann. So ist es möglich, dass ein derartig hergestellter Kunststoffverbund mit hohem Glasanteil bis 65 Gew% eine Zugfestigkeit von etwa 400 N/mm2 (
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Oberschicht, welche vorteilhaft als Urethanacrylat ausgebildet ist, im ausgehärteten Zustand maximal 2 Gew% Verlust gegenüber dem flüssigen Zustand aufweisen. Dieser Verlust wird durch das Reaktionslösemittel, beispielsweise HDDA, bedingt. Dieses wird während der Härtung freigesetzt. Der äußerst geringe Schrumpf der Oberschicht ist besonders von Vorteil, da hierdurch Material eingespart werden kann, wodurch die Herstellungskosten sinken.In a further advantageous embodiment, the top layer, which is advantageously in the form of urethane acrylate, can have a maximum loss of 2% by weight in the cured state compared to the liquid state. This loss is due to the reaction solvent, e.g. HDDA. This is released during curing. The extremely low shrinkage of the top layer is particularly advantageous, since this allows material to be saved, thereby reducing production costs.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Oberschicht nach 3000h XENOTEST einen Glanzerhalt von mindestens 80% auf.In a further advantageous embodiment, the top layer has a gloss retention of at least 80% after 3000 hours of XENOTEST.
Es hat sich vorteilhaft gezeigt, dass das als Oberschicht des Kunststoffverbundes eingesetzte Urethanacrylat bis zu einem gewissen Grad mit Farbpartikeln eingefärbt werden kann, wobei die Härtbarkeit per UV- Strahlung aufrecht erhalten bleibt.It has been shown to be advantageous that the urethane acrylate used as the top layer of the plastic composite can be colored to a certain extent with color particles, with the curability by UV radiation being maintained.
Weiterhin vorteilhaft hat sich gezeigt, dass diese farbgebenden Additive den überwiegenden Teil der UV-Strahlung, vorteilhaft > 95% der eintreffenden Strahlung, in Außenanwendungen so stark blocken, sodass diese nicht auf die dahinterliegende Matrixschicht mit der Faserverstärkung gelangen. Siehe hierzu Tabelle 1, bei welcher eine galliumdortierte Quecksilberlampe als UV-Strahlungsquelle verwendet wurde. Die Oberschicht mit unterschiedlichem Pigmentgehalt wurde auf ein Radiometer Typ Power Puck 2 gelegt und mit 120W/cm bei 10m/min unter der UV-Lampe durchgefahren. Tabelle 1:
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, zeigt die Zugabe ab 1,5 Gew% Pigment, beispielsweise Titandioxid, in die Oberschicht einen UV-Schutz der darunter liegenden Matrixschicht vor Vergilbung. Beim Durchstrahlen der Oberschicht wird unterhalb der Oberschicht keine UV-Strahlung mehr detektiert. Wird lediglich 0,75 Gew% Pigment zugegeben ist ersichtlich, dass die reduzierte UV-Strahlung durch die Oberschicht durchgelassen wird. Dies würde auf lange Zeit auch zu Vergilbungen der darunter liegenden, nicht UV-resistenten Matrixschicht führen.As can be seen from Table 1, the addition of 1.5% by weight or more of pigment, for example titanium dioxide, to the top layer provides UV protection for the underlying matrix layer against yellowing. When radiating through the top layer, no more UV radiation is detected below the top layer. If only 0.75% by weight of pigment is added, it can be seen that the reduced UV radiation is transmitted through the top layer. In the long term, this would also lead to yellowing of the non-UV-resistant matrix layer underneath.
Die Matrixschicht des hier beschriebenen Kunststoffverbundes ist UV-stabilisatorfrei ausgebildet, so dass es sich bei UV-Beaufschlagung in kurzer Zeit gelb verfärbt. Es tritt die sogenannte Vergilbung ein.The matrix layer of the plastic composite described here is free of UV stabilizers, so that it quickly turns yellow when exposed to UV light. So-called yellowing occurs.
Mit der vorliegenden Erfindung wurde erstmals ein Gesamtsystem als Kunststoffverbund aus faserverstärktem Kunststoff, nahezu beliebiger Farbauswahl und höchster UV-Stabilität geschaffen, welche eine Vergilbung auch über Jahre hinweg verhindert.With the present invention, an overall system was created for the first time as a plastic composite made of fiber-reinforced plastic, almost any color selection and maximum UV stability, which prevents yellowing over the years.
Die UV-Beständigkeit der Oberschicht und/oder des Kunststoffverbundes und/oder der Matrixschicht kann über die Eigenschaften Farbveränderung (Farbmessraum L / A / B und Farbveränderung Delta E) sowie über den Glanzverlust bewertet werden. Der Kunststoffverbund wird UV-Strahlung einer vorbestimmten Dosis und über einen definierten Zeitraum per Xeno-Test nach
Es hat sich gezeigt, dass die Oberschicht des hier beschriebenen Kunststoffverbundes bei einem Xeno-Test nach DIN EN ISO 4892-2-A1 über 1000h einen Glanzverlust von <10 % aufweist. Wird der Xeno-Test nach DIN EN ISO 4892-2-A1 für 7000h ausgeführt, was einer Freibewitterung im mitteleuropäischen Klima von 15 bis 20 Jahren entspricht, so weist die Oberschicht des hier beschriebenen Kunststoffverbundes lediglich einen Glanzverlust von < 30 % auf. Dies bedeutet, dass der hier beschriebene Kunststoffverbund für den Außenbereich besonders hochwertig und qualitativ langlebig ausgebildet ist. Auch nach 15-20 Jahren bleibt der Glanz der Oberschicht im Wesentlichen erhalten, sodass der Kunststoffverbund weiterhin benutzt werden kann und nicht ausgetauscht und ersetzt werden muss. It has been shown that the upper layer of the plastic composite described here has a gloss loss of <10% in a xeno test according to DIN EN ISO 4892-2-A1 over 1000 hours. If the Xeno test according to DIN EN ISO 4892-2-A1 is carried out for 7000 hours, which corresponds to 15 to 20 years of outdoor exposure in a Central European climate, the top layer of the plastic composite described here only shows a loss of gloss of <30%. This means that the plastic composite described here for the outside area is of particularly high quality and has a long service life. Even after 15-20 years, the gloss of the top layer is essentially retained, so that the plastic composite can continue to be used and does not have to be exchanged and replaced.
Weiterhin hat sich vorteilhaft gezeigt, dass der hier beschriebene Kunststoffverbund bei einem 1000h Xeno-Test nach
Diese Daten wurden mittels Spectrophotometer CM-2600d von Konica Minolta (Lichtart D65) ermittelt, wobei der Farbmessraum mit L = 44, a = -1,35 und b= -2,35 anzugeben ist.These data were determined using a Konica Minolta CM-2600d spectrophotometer (illuminant D65), with the color measurement space being specified as L = 44, a = -1.35 and b = -2.35.
Die über das Spectrophotometer ermittelten Daten nach
Die durchgezogene Linie zeigt im Vergleich den gleichen Kunststoffverbund nur ohne Farbpigment in der Oberschicht. Es ist ersichtlich, dass die Vergilbung der Matrixschicht besonders schnell einsetzt.In comparison, the solid line shows the same plastic composite only without color pigment in the top layer. It can be seen that the yellowing of the matrix layer sets in particularly quickly.
In
Die gepunktete Linie zeigt im Vergleich den gleichen Kunststoffverbund mit einer Oberschicht nach bisherigem Standard (Isophtalsäurebasiertes Polyesterharz mit Neopentylglykol). Es ist ersichtlich, dass bereits nach kürzester Zeit, etwa 1000 h der Glanzverlust mehr als 80% beträgt.The dotted line shows a comparison of the same plastic composite with a top layer according to the previous standard (isophthalic acid-based polyester resin with neopentyl glycol). It can be seen that after a very short time, around 1000 hours, the loss of gloss is more than 80%.
Besonders vorteilhaft kann der hier beschriebene Kunststoffverbund in einer Breite von 1,5 m - 4 m sowie von einer Länge bis zu 250 m im Endlosverfahren hergestellt werden. Diese 250 m Länge wird durch die Konfektionierung des fertig aufgerollten Kunststoffverbundes bedingt. Das Herstellungsverfahren an sich ist als Endlosverfahren ausgebildet.The plastic composite described here can be produced particularly advantageously in a width of 1.5 m-4 m and with a length of up to 250 m in an endless process. This 250 m length is due to the packaging of the ready-rolled plastic composite. The manufacturing process itself is designed as a continuous process.
Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Herstellungsverfahren zur Herstellung des Kunststoffverbundes gemäß Patentanspruch 10.Furthermore, the invention also relates to a production method for producing the plastic composite according to patent claim 10.
Das Verfahren weist wenigstens die folgenden Schritte auf:
- a. Aufbringen des Oberschichtmaterials auf eine Trägeroberfläche;
- b. Formen des Oberschichtmaterials zu einer Schicht auf der Trägeroberfläche;
- c. Beaufschlagen der entstandenen Oberschicht mit UV-Strahlung, so dass die Oberschicht tiefenhärtet;
- d. Aufbringen des Matrixmaterials zur Ausbildung der Matrixschicht;
- e. Aufbringen von Fasermaterial auf die Matrixschicht, wobei das Fasermaterial in die noch flüssige Matrixschicht einsinkt und/oder das Fasermaterial durch Kapillarkräfte von der noch flüssigen Matrixschicht umschlossen wird;
- f. Härten der Matrixschicht;
- g. Entfernen des Trägermaterials, um den faserverstärkten, mehrlagigen Kunststoffverbund als Endprodukt zu erhalten.
- a. applying the topsheet material to a support surface;
- b. forming the topsheet material into a layer on the support surface;
- c. subjecting the resulting top layer to UV radiation so that the top layer hardens in depth;
- i.e. applying the matrix material to form the matrix layer;
- e. Application of fibrous material to the matrix layer, the fibrous material sinking into the still liquid matrix layer and/or the fibrous material being surrounded by the still liquid matrix layer by capillary forces;
- f. hardening of the matrix layer;
- G. Removal of the carrier material in order to obtain the fiber-reinforced, multi-layer plastic composite as the end product.
In einem ersten Schritt a) wird das noch zu härtende, flüssige Oberschichtmaterial auf eine Trägeroberfläche aufgebracht. Es hat sich in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel als vorteilhaft gezeigt, wenn die Trägeroberfläche selbst als Folie ausgebildet ist. Insbesondere hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn als Trägeroberfläche eine Polyethylenterephthalat (PET)-Folie verwendet wird, auf welcher das noch zu härtende Oberschichtmaterial aufgebracht wird. Polyethylenterephthalat ist dahingehend vorteilhaft, da das Oberschichtmaterial hiermit keine dauerhafte Haftverbindung ausbildet, und im späteren Produktionsprozess die Folie entsprechend leicht und ohne Oberschichtzerstörung wieder entfernt werden kann.In a first step a), the liquid top layer material that is still to be cured is applied to a support surface. In an advantageous exemplary embodiment, it has proven to be advantageous if the carrier surface itself is in the form of a film. In particular, it has proven to be advantageous if a polyethylene terephthalate (PET) film is used as the carrier surface, to which the top layer material that is still to be hardened is applied. Polyethylene terephthalate is advantageous in that the top layer material does not form a permanent adhesive bond with it, and the film can be removed again accordingly easily and without destroying the top layer in the later production process.
Vorteilhaft hat es sich weiterhin gezeigt, wenn die PET Folie eine Foliendicke im Bereich von 10-350 µm aufweist.It has also been shown to be advantageous if the PET film has a film thickness in the range of 10-350 μm.
Das aufzubringende Oberschichtmaterial, ist vorteilhaft als ungesättigtes, aliphatisches Harz auf Acrylatbasis ausgebildet. Weiterhin können Additive vorgesehen sein, wie beispielsweise farbgebende Additive, UV-Stabilisatoren, UV-Initiatoren, Reaktivbeschleuniger sowie Radikalfänger und/oder Kombinationen hiervon. Diese Additive sind vorteilhaft bereits dem Oberschichtmaterial vor Aufbringen auf die Trägeroberfläche beigefügt.The top layer material to be applied is advantageously in the form of an unsaturated, aliphatic resin based on acrylate. Furthermore, additives can be provided, such as coloring additives, UV stabilizers, UV initiators, reactive accelerators and free-radical scavengers and/or combinations thereof. These additives are advantageously added to the top layer material before application to the support surface.
Die Ausbildung der Trägeroberfläche als PET-Folie ist selbstverständlich nicht begrenzend sind zu verstehen, sodass es auch denkbar ist, dass andere Trägeroberflächen eingesetzt werden. So könnte beispielsweise auch eine mögliche geometrische Form als Trägeroberfläche herangezogen werden. Auch ist denkbar, dass bänderartige Transportoberflächen eingesetzt werden.The formation of the carrier surface as a PET film is of course not to be understood as limiting, so that it is also conceivable that other carrier surfaces are used. For example, a possible geometric shape could also be used as the carrier surface. It is also conceivable that belt-like transport surfaces are used.
Um mögliche Falten der PET-Folie, welche aus deren Herstellungsverfahren oder Aufwicklung resultieren können, zu beseitigen, hat es sich in einem Ausführungsbeispiel als vorteilhaft erwiesen, wenn die PET-Folie, vor Auftrag des Oberschichtmaterials, vortemperiert wird. Vorteilhaft haben sich hierbei Temperaturen im Bereich von 40-80 °C erwiesen. Diese Temperaturbeaufschlagung ist ausreichend, damit mögliche Falten während des Abwickelns der PET-Folie, also während der Bereitstellung der Trägeroberfläche, geglättet werden können. Dies kann beispielsweise durch eine Zugkraftbeaufschlagung in uniaxialer und/oder biaxialer Richtung erfolgen.In order to eliminate possible creases in the PET film, which can result from its manufacturing process or winding, it has proven advantageous in one embodiment if the PET film is preheated before the top layer material is applied. Temperatures in the range of 40-80° C. have proven advantageous here. This exposure to heat is sufficient so that possible folds can be smoothed out while the PET film is being unwound, ie while the carrier surface is being prepared. This can be done, for example, by applying a tensile force in a uniaxial and/or biaxial direction.
Im nächsten Verfahrensschritt b) wird das noch zu härtende Oberflächenmaterial auf die gewünschte Schichtdicke eingestellt. Durch den Schichtaufbau des Kunststoffverbundes, beginnend mit der Oberschicht ist es möglich, deren Eigenschaften besonders einfach und gezielt anpassen und kontrollieren zu können. Die Einstellung der Schichtdicke des noch zu härtenden Oberschichtmaterials wird durch ein Walzrakel durchgeführt. Die hierbei eingestellte Schichtdicke korrespondiert mit der im nächsten Schritt tiefengehärteten Oberschicht.In the next process step b), the surface material that is still to be hardened is adjusted to the desired layer thickness. The layer structure of the plastic composite, starting with the top layer, makes it possible to adjust and control its properties in a particularly simple and targeted manner. The layer thickness of the top layer material that is still to be hardened is set using a doctor blade. The layer thickness set here corresponds to the top layer that is deep-hardened in the next step.
Es gilt zu berücksichtigen, dass die hier eingestellte Schichtdicke derart gewählt wird, dass die Schichtdicke im tiefengehärteten Zustand im Schritt c), unter Berücksichtigung eines Volumenschrumpfs, im Bereich von 40 bis 150 µm, vorteilhaften im Bereich von 90 bis 110 µm ausgebildet ist. Vorteilhaft zeigt die hier aufgebrachte Oberschicht lediglich einen Volumenschrumpf zwischen 0,5-4 % bezogen auf das Ursprungsvolumen aus.It should be noted that the layer thickness set here is selected in such a way that the layer thickness in the deep-hardened state in step c), taking account of volume shrinkage, is in the range from 40 to 150 μm, advantageously in the range from 90 to 110 μm. Advantageously, the top layer applied here only shows a volume shrinkage of between 0.5-4% based on the original volume.
Im Verfahrensschritt c) wird nunmehr das Oberschichtmaterial mit UV-Strahlung beaufschlagt. Hierzu kann beispielsweise eine galliumdotierte UV-Strahlungsquelle verwendet werden. Um eine besonders effektive und gleichmäßige Tiefenhärtung zu erzielen, wird die UV-Strahlung von oben emittiert und trifft auf die freie Oberfläche der Oberschicht. Folglich wird die Oberschicht von hinten, bezogen auf den späteren Schichtaufbau des Kunststoffverbundes, mit UV-Strahlung beaufschlagt.In method step c), the top layer material is now exposed to UV radiation. A gallium-doped UV radiation source can be used for this purpose, for example. In order to achieve particularly effective and even deep curing, the UV radiation is emitted from above and hits the free surface of the top layer. Consequently, the top layer is exposed to UV radiation from behind, based on the later layer structure of the plastic composite.
Die Tiefenvernetzung wird initiiert. Es bildet sich die tiefengehärtete Oberschicht aus. Dies hat zudem den Vorteil, dass die der Strahlung abgewandten Seite der Oberschicht, welche eine durchgängige gemeinsame Kontaktfläche mit der Trägeroberfläche ausbildet, weiterhin glatt und eben bleibt. Die Struktur dieser gemeinsamen Kontaktfläche wird durch die Struktur der Trägeroberfläche bestimmt. Im späteren Kunststoffverbundendprodukt ist diese gemeinsame Kontaktfläche die Sichtfläche, welche auch den Witterungseinflüssen und der UV-Strahlung direkt ausgesetzt ist.Deep networking is initiated. The deep-hardened upper layer forms. This also has the advantage that the side of the top layer facing away from the radiation, which forms a continuous common contact area with the carrier surface, remains smooth and even. The structure of this common contact area is determined by the structure of the carrier surface. In the later plastic composite end product, this common contact surface is the visible surface, which is also directly exposed to the effects of the weather and UV radiation.
Durch die rückseitige Bestrahlung der Oberschicht kann zudem der Härtungsverlauf kontrolliert werden. Dies wird durch die Kombination mit einem tiefenhärtenden UV-Initiator, beispielsweise aus der Gruppe der Phosphinoxide realisiert. Hierdurch kann erstmals im Herstellungsverfahren von dünnen Schichten eine kontrollierte Tiefenhärtung bereitgestellt werden. Die freie Oberfläche der Oberschicht, welche direkt mit der UV-Strahlung beaufschlagt wird, wird lediglich zu 80-50 % umgesetzt. Im weiteren Verlauf der Schichtdicke in Richtung Trägeroberfläche nimmt der Umsetzungsanteil zu. Vorteilhaft ist an der Grenzfläche Trägeroberfläche zu Oberschicht ein Vernetzungsumsatz von größer 90 % erreichbar. Hierdurch wird die spätere Sichtfläche ausgehärtet und dadurch stabilisiert. Spätere Auffaltungen im Produktionsverfahren können daher ausgeschlossen werden. Die freie Oberfläche verbleibt allerdings nur teilgehärtet. Dies hat den Vorteil, dass die Oberschicht an der freien Oberfläche chemisch reaktiv verbleibt.The hardening process can also be controlled by irradiating the upper layer from the rear. This is achieved through the combination with a deep-curing UV initiator, for example from the group of phosphine oxides. As a result, controlled deep curing can be provided for the first time in the manufacturing process of thin layers. Only 80-50% of the free surface of the upper layer, which is directly exposed to the UV radiation, is converted. As the layer thickness progresses in the direction of the support surface, the proportion of conversion increases. A crosslinking conversion of more than 90% can advantageously be achieved at the interface between the carrier surface and the top layer. As a result, the later visible surface is hardened and thereby stabilized. Later folds in the production process can therefore be ruled out. However, the free surface remains only partially hardened. This has the advantage that the top layer remains chemically reactive on the free surface.
Optional ist möglich, dass vor und/oder im und/oder nach dem Bereich der UV-Beaufschlagung, dass Trägermaterial mit aufgebrachter Oberschicht temperaturkontrolliert wird. Hierzu können temperaturkontrollierbare Plattenelemente zur Führung des Trägermaterials, unterhalb diesem, angeordnet sind. Die Plattenelemente können als Auflagenflächen verstanden werden, über welche Trägermaterial mit Oberschicht geführt werden. Diese können einen möglichen Temperatureintrag, welcher während der UV-Bestrahlung, resultieren kann, schnell und kontrolliert abführen. Ein Schmelzen des Trägermaterials wird dadurch verhindert.Optionally, it is possible that before and/or in and/or after the UV exposure area, the temperature of the carrier material with the top layer applied is controlled. For this purpose, temperature-controllable plate elements for guiding the carrier material can be arranged underneath it. The plate elements can be understood as supporting surfaces over which carrier material with a top layer is guided. These can dissipate a possible temperature input, which can result during UV radiation, quickly and in a controlled manner. This prevents the carrier material from melting.
Ferner ist optional denkbar, dass Trägermaterial mit flüssiger Oberschicht vor der UV-Beaufschlagung bereits vortemperiert wird. Dies kann sich positiv die Planlage der Trägerfolie auswirken, so dass eine Faltenbildung der darauf angeordneten Oberschicht während der anschließenden Härtung verhindert wird.Furthermore, it is optionally conceivable that the carrier material with a liquid top layer is already preheated before UV exposure. This can have a positive effect on the flatness of the carrier film, so that wrinkling of the upper layer arranged thereon is prevented during the subsequent hardening.
Dies zeigt sich als besonders vorteilhaft, wenn im nächsten Schritt d) das Matrixschichtmaterial aufgebracht wird. Aufgrund der noch chemisch reaktiven Außenfläche der Oberschicht, auf welche zumindest teilweise, vorteilhaft vollständig das Matrixmaterial aufgebracht wird, mit diesem in chemische Wechselwirkung treten kann. So ist beispielsweise denkbar, dass die Oberschicht und die Matrixschicht miteinander kovalent oder nicht-kovalent in Wechselwirkung treten. Hierdurch können die Hafteigenschaften der beiden Schichten aneinander signifikant verbessert werden.This proves to be particularly advantageous when the matrix layer material is applied in the next step d). Due to the still chemically reactive outer surface of the top layer, to which the matrix material is applied at least partially, advantageously completely, in chemical interaction with it can occur. For example, it is conceivable for the top layer and the matrix layer to interact covalently or non-covalently with one another. As a result, the adhesion properties of the two layers to one another can be significantly improved.
Es ist weiterhin denkbar, dass die beiden Schichten später über eine radikalische Polymerisationsreaktion kovalent miteinander verbunden sind.It is also conceivable that the two layers are later covalently bonded to one another via a free-radical polymerization reaction.
Im nächsten Verfahrensschritt d) wird das Matrixmaterial zur Ausbildung der Matrixschicht aufgebracht. Das Matrixmaterial wird auf die Oberschicht aufgebracht. Eine Schichteinstellung kann beispielsweise in Analogie zur Oberflächenschicht erfolgen. So ist in einem Ausführungsbeispiel denkbar, dass die Schichtdicke der Matrixschicht über ein Walzrakel vorbestimmbar ist.In the next method step d), the matrix material is applied to form the matrix layer. The matrix material is applied to the top layer. A layer adjustment can take place, for example, analogously to the surface layer. In one embodiment, it is conceivable that the layer thickness of the matrix layer can be predetermined using a doctor blade.
Im Anschluss daran, wird im nächsten Verfahrensschritt e) das Verstärkungsmaterial in die Matrixschicht eingebracht. Als Faserverstärkungsmaterial können gewebte oder nicht gewebte Textilien, gelegte Netze, Matten, kurze Fasern oder andere Fasern eingebracht werden. Hierzu können unterschiedliche Faserarten verwendet werden, wie beispielsweise Glasfasern, Carbonfasern, Basaltfasern und/oder Polymerfasern, wie beispielsweiseweise Aramidfasern, sowie Kombinationen hieraus. Following this, in the next method step e), the reinforcing material is introduced into the matrix layer. Woven or non-woven textiles, laid nets, mats, short fibers or other fibers can be introduced as fiber reinforcement material. Different fiber types can be used for this, such as glass fibers, carbon fibers, basalt fibers and/or polymer fibers, such as aramid fibers, and combinations thereof.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform haben sich Glasfasern als besonders vorteilhaft gezeigt, da diese neben Schnittfasern auch als bereits textiles Halbzeug, vorteilhaft als vorkonfektionierte Schnittglasmatten eingesetzt werden können. Diese Schnittglasmatten erweisen sich besonders dahingehend als vorteilhaft, da sie eine feste Verteilung an Glasfasern innerhalb 1 Quadratmeters aufweisen. So sind die Fasern mit einem Binder fixiert, welche eine Verschiebung der Fasern während der Imprägnierung verhindert. Bei Schnittglas kann eine Verschiebung nicht vermieden werden. Ferner ist die Verteilung des Glases, bedingt durch die vorhandene Schneidtechnik, deutlich ungenauer, was in einer schlechteren Ebenmäßigkeit der Oberfläche resultiert und eine weniger gleichbleibende und verlässliche Verstärkung bereitstellt. Daher werden textile Halbzeuge, vorteilhaft Schnittglasmatten im hier beschriebenen Kunststoffverbund vorteilhaft verwendet.In a particularly advantageous embodiment, glass fibers have proven to be particularly advantageous since, in addition to cut fibers, they can also be used as semi-finished textile products, advantageously as prefabricated cut glass mats. These chopped glass mats are particularly advantageous in that they have a fixed distribution of glass fibers within 1 square meter. The fibers are fixed with a binder, which prevents the fibers from shifting during impregnation. In the case of cut glass, displacement cannot be avoided. Furthermore, due to the existing cutting technology, the distribution of the glass is significantly less precise, which results in poorer evenness of the surface and provides less consistent and reliable reinforcement. Therefore, semi-finished textile products, advantageously cut glass mats, are advantageously used in the plastic composite described here.
Zudem erweisen sich die Schnittglasmatten dahingehend als vorteilhaft, da sie flächig über die gesamte Matrixschicht eingebracht werden können und sich somit gleichmäßig verteilen. Bei der statistischen Schnittfaserverteilung ist dies genau schwierig, da es häufig zu ungleichmäßigen Ansammlungen an Schnittfasern kommt. Hierdurch wird dann die Qualität der Matrixschicht nachteilig beeinflusst. Häufig führt dies auchzu hohen Produktausschüssen.In addition, the cut glass mats have proven to be advantageous in that they can be introduced over the entire matrix layer and are thus distributed evenly. In the case of the statistical cut fiber distribution, this is precisely difficult, since there are often uneven accumulations of cut fibers. This then adversely affects the quality of the matrix layer. This often also leads to high product rejects.
Vorteilhaft handelt es sich bei den eingesetzten Glasfasern um E-Glas, welches für elektrische Anwendungen oder Kunststoffverstärkungen eingesetzt wird. Unter E-Glas kann vorteilhaft Aluminiumoborosilikatglas verstanden werden, welches im Wesentlichen frei von Alkalioxiden ist. Selbstverständlich ist dies nicht begrenzend zu verstehen, sodass auch jegliche anderen Arten von Glas als Verstärkungsmaterial hier eingesetzt werden können.The glass fibers used are advantageously E-glass, which is used for electrical applications or plastic reinforcements. E-glass can advantageously be understood to mean aluminoborosilicate glass which is essentially free of alkali metal oxides. Of course, this is not to be understood as limiting, so that any other type of glass can also be used here as a reinforcing material.
Daher werden im hier beschriebenen Verfahren in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform Schnittglasmatten zur Faserverstärkung des Kunststoffverbundes eingesetzt. Diese Schnittglasmatten werden in die noch nicht ausgehärtet Matrixschicht eingeführt. Aufgrund der Kapillarkräfte und der flächigen Ausbildung der Schnittglasmatten, vorteilhaft über die gesamte Produktionsbreite der Matrixschicht, sinken die Schnittglasmatten langsam und kontrolliert in die Matrixschicht ein. Die Schnittglasmatte taucht sozusagen ein und wird mit dem Matrixmaterial getränkt. Hierdurch wird die Schnittglasmatte zugleich imprägniert.Therefore, in a particularly advantageous embodiment of the method described here, cut glass mats are used for fiber reinforcement of the plastic composite. These cut glass mats are introduced into the not yet hardened matrix layer. Due to the capillary forces and the planar formation of the cut glass mats, advantageously over the entire production width of the matrix layer, the cut glass mats sink slowly and in a controlled manner into the matrix layer. The cut glass mat dives in, so to speak, and is saturated with the matrix material. As a result, the cut glass mat is impregnated at the same time.
Durch dieses kontrollierte Zuführen der Schnittglasmatten in die noch zu härtende Matrixschicht und deren grobe Ausbildung werden Lufteinschlüsse vollständig vermieden. Durch die Kapillarkräfte und die grobe Struktur der Schnittglasmatten werden hierbei mögliche Lufteinschlüsse nach oben abtransportiert und treten aus der Matrixschicht aus. Es resultiert folglich eine qualitativ hochwertige Matrixschicht, welche im nächsten Schritt f) gehärtet wird.This controlled feeding of the cut glass mats into the matrix layer that is still to be hardened and their coarse formation completely avoids air inclusions. Due to the capillary forces and the coarse structure of the cut glass mats, possible air pockets are transported upwards and escape from the matrix layer. Consequently, a high-quality matrix layer results, which is hardened in the next step f).
Selbstverständlich ist der Einsatz von Schnittglasfasern und/oder Schnittglasmatten nicht beschränkend zu verstehen, so dass auch anstelle der Schnittglasmatten beispielsweise Carbonfasermatten oder Polymerfasermatten eingesetzt werden können.Of course, the use of chopped glass fibers and/or chopped glass mats is not to be understood as limiting, so that carbon fiber mats or polymer fiber mats, for example, can also be used instead of the chopped glass mats.
Vorteilhaft erfolgt die Härtung in Verfahrensschritt f) thermisch. In Abhängigkeit von der Wahl des Matrixmaterials, insbesondere ob dieses weiterhin ungesättigte Gruppen aufweist, können Oberschicht und Matrixschicht miteinander kovalent oder nicht-kovalent in Wechselwirkung treten, um so einen miteinander verbunden Schichtaufbau als Verbund auszubilden.Curing in process step f) is advantageously carried out thermally. Depending on the choice of matrix material, in particular whether it still has unsaturated groups, the top layer and mat rixschicht covalently or non-covalently interact with each other, so as to form an interconnected layer structure as a composite.
Ist das Matrixmaterial aus der Gruppe ungesättigtes Polyesterharz, Vinylesterharz, Epoxidharz und/oder Polyurethanharz und/oder wenigstens eine Kombination hieraus ausgewählt, so wird der Schichtverbund thermisch gehärtet. Selbstverständlich ist dies nicht begrenzend zu verstehen, sodass auch weitere Härtungsmöglichkeiten gegeben sind.If the matrix material is selected from the group consisting of unsaturated polyester resin, vinyl ester resin, epoxy resin and/or polyurethane resin and/or at least one combination thereof, the layered composite is thermally cured. Of course, this is not to be understood as limiting, so that further hardening options are also available.
Je nach späterer Verwendung kann die Matrixschicht, in welcher bereits das Verstärkungsmaterial angeordnet ist, eine Schichtdicke im ausgehärteten Zustand im Bereich von 0,3-5 mm aufweisen.Depending on the later use, the matrix layer, in which the reinforcement material is already arranged, can have a layer thickness in the hardened state in the range of 0.3-5 mm.
Im letzten Schritt g) wird die Trägeroberfläche entfernt. Ist diese beispielsweise als Folie ausgebildet, so kann die Folie einfach nach unten hin vom Kunststoffverbund abgezogen und beispielsweise wieder aufgerollt werden.In the last step g), the carrier surface is removed. If this is designed as a film, for example, the film can simply be pulled downwards from the plastic composite and rolled up again, for example.
Das Endprodukt kann anschließend konfektioniert werden. Es ist vorteilhaft plattenartig ausgebildet.The end product can then be assembled. It is advantageously designed like a plate.
Soll der Kunststoffverbund für besondere Anwendungen vorgesehen werden, so ist denkbar, dass beispielsweise die Seite mit der außenliegenden Matrixschicht weiter behandelt wird. Dies kann beispielsweise die Erhöhung der Hafteigenschaften sein, oder auch eine Coronabehandlung und/oder Flammbehandlung zur Anpassung der Benetzbarkeit und Polarität der Oberfläche.If the plastic composite is intended for special applications, it is conceivable that, for example, the side with the outer matrix layer is treated further. This can be, for example, increasing the adhesive properties, or a corona treatment and/or flame treatment to adjust the wettability and polarity of the surface.
Die Oberschicht bleibt hingegen wie hergestellt.The top layer, on the other hand, remains as manufactured.
Schließlich können optional noch die Seitenflächen des Kunststoffverbundes poliert werden. Hierdurch kann eine verbesserte Einbaumöglichkeit bei der Verwendung als Fassadenbauelemente erzielt werden.Finally, the side surfaces of the plastic composite can optionally be polished. As a result, improved installation options can be achieved when used as facade components.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform hat es sich als vorteilhaft gezeigt, dass hier beschriebene Verfahren als Endlosverfahren auszubilden. Hierdurch können in kurzer Produktionszeit bis zu 4 m breite Kunststoffverbunde hergestellt werden, welche eine Länge bis zu 250 m aufweisen können.In a further advantageous embodiment, it has been shown to be advantageous that the method described here is in the form of a continuous method. As a result, plastic composites up to 4 m wide and up to 250 m long can be produced in a short production time.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform hat es sich als vorteilhaft gezeigt, dass wenigstens zwischen Schritt c) und d) ein weiterer Schritt zwischengeschalten wird, bei welchem auf die tiefengehärtete Oberschicht wenigstens eine Separationsschicht aufgebracht wird. Die Separationsschicht dient insbesondere zur Reduktion des Faserabdrucks, welcher später durch die Faserverstärkung der Matrixschicht ausgebildet werden kann. Die Separationsschicht kann vorteilhaft als Glasvlies eingebracht werden und verhindert einen überdurchschnittlichen Abdruck der Glasfasern an der Grenzfläche zwischen Oberschicht und Matrixschicht.In a further advantageous embodiment, it has been shown to be advantageous that at least between steps c) and d) a further step is interposed, in which at least one separating layer is applied to the deep-hardened top layer. The separating layer serves in particular to reduce the fiber imprint, which can later be formed by the fiber reinforcement of the matrix layer. The separating layer can advantageously be introduced as a glass fleece and prevents an above-average impression of the glass fibers at the interface between the top layer and the matrix layer.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform hat es sich gezeigt, dass wenigstens zwischen Schritt e) und f) ein weiteres Trägermaterial zur Abdeckung der Matrixschicht aufgebracht wird. Im einfachsten Fall kann dieses Trägermaterial als Folie, noch vorteilhafter als PET-Folie ausgebildet sein. So ist denkbar, dass das Trägermaterial zur Abdeckung der Matrixschicht gleich dem Trägermaterial zum Aufbringen der Oberschicht ist. Diese zusätzliche Abdeckung dient der verbesserten Härtung und Fehlstellenreduktion während des gesamten Produktionsprozesses.In a further advantageous embodiment, it has been shown that at least between steps e) and f) a further carrier material is applied to cover the matrix layer. In the simplest case, this carrier material can be designed as a film, even more advantageously as a PET film. It is conceivable that the carrier material for covering the matrix layer is the same as the carrier material for applying the top layer. This additional cover is used for improved hardening and defect reduction during the entire production process.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann zwischen Schritt f) und g) ein zusätzlicher Verfahrensschritt durchgeführt werden. Dieser Schritt kann als UV-Nachhärtungsschritt der Oberschicht von der freien Rückseite des Trägermaterials her durchgeführt werden. Im zwischengeschalteten Verfahrensschritt wird die Oberschicht nachgehärtet. Wie oben bereits ausgeführt, ist die Oberschicht bislang nur tiefengehärtet. Mit der nunmehr anschließenden Nachhärtung, welche durch UV-Strahlungsbeaufschlagung erfolgt, kann die Oberschicht vollständig gehärtet werden. Insbesondere die gemeinsame Kontaktfläche zwischen Oberschicht und Matrixschicht ist weiterhin reaktiv und nicht vollständig ausgehärtet und vernetzt. Der Vorteil dieser Nachhärtung besteht zudem darin, dass hierdurch eine signifikante Reduktion der Rissbeständigkeit erzielt werden konnte.In a further advantageous embodiment, an additional process step can be carried out between step f) and g). This step can be performed as a UV post-cure step of the topsheet from the exposed backside of the substrate. In the intermediate process step, the upper layer is post-cured. As already explained above, the top layer has so far only been deep-hardened. With the subsequent post-curing, which takes place by exposure to UV radiation, the upper layer can be cured completely. In particular, the common contact surface between the top layer and the matrix layer is still reactive and not fully cured and crosslinked. The advantage of this post-curing is that a significant reduction in crack resistance can be achieved.
Daher hat es sich als vorteilhaft erwiesen, einen Nachhärtungsschritt durchzuführen. Besonders vorteilhaft und effektiv hat es sich hierbei erwiesen, wenn die UV-Strahlungsbeaufschlagung von unten her erfolgt. Dies bedeutet, dass die UV-Strahlungsquelle unterhalb des hier beschriebenen Schichtaufbaus angeordnet ist. Hierdurch wird die UV-Strahlungsbeaufschlagung durch die Trägeroberfläche hindurch direkt auf die Oberschicht eingebracht. Dies erweist sich als besonders vorteilhaft, da nicht das komplette Matrixschichtmaterial mit der eingelagerten Faserverstärkung mit einer UV-Strahlung beaufschlagt werden muss. Durch die von unten gerichtete UV-Strahlungsbeaufschlagung kann diese in besonders kurzer Zeit eine vorteilhaft vollständige Tiefenvernetzung und Härtung der Oberschicht an der Grenzfläche zur Matrixschicht hin erzeugen. Bereits nach 3 bis 15 Sekunden ist die Oberschicht bei den o.g. Schichtdicken ausgehärtet. Hierdurch ist das Herstellungsverfahren zeit- und kostensparend ausgebildet.It has therefore proven advantageous to carry out a post-curing step. It has proven to be particularly advantageous and effective here if the UV radiation is applied from below. This means that the UV radiation source is located below the layer structure described here is arranged. As a result, the exposure to UV radiation is introduced through the carrier surface directly onto the top layer. This proves to be particularly advantageous since the entire matrix layer material with the embedded fiber reinforcement does not have to be exposed to UV radiation. As a result of the exposure to UV radiation directed from below, this can produce an advantageously complete deep crosslinking and hardening of the top layer at the interface to the matrix layer in a particularly short time. After 3 to 15 seconds, the upper layer is hardened with the above layer thicknesses. As a result, the manufacturing process is designed to save time and money.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Kunststoffverbundes gemäß der vorliegenden Erfindung als Flächenbauteil zur Innenverkleidung und/oder Außenverkleidung von Fahrzeugen, Flugzeugen, Zügen, Schiffen, Wohnwagen, Wohnmobilen, als Flächenelement für Logistik und Transport, beispielsweise für LKW-Aufbauten, als Fassadenelement in der Bauindustrie. Hierdurch wird ein Werterhalt geschaffen, da nahezu keine optische Beeinträchtigung durch Vergilbung des Kunststoffverbundes eintritt.Furthermore, the present invention relates to the use of a plastic composite according to the present invention as a surface component for the interior and / or exterior lining of vehicles, aircraft, trains, ships, caravans, mobile homes, as a surface element for logistics and transport, for example for truck bodies, as a facade element in the construction industry. This creates value retention, since there is almost no visual impairment due to yellowing of the plastic composite.
Weiterhin betrifft die Erfindung auch einen Kunststoffverbund, welcher gemäß dem vorgenannten Herstellungsverfahren hergestellt wird.Furthermore, the invention also relates to a plastic composite which is produced according to the aforementioned production method.
Der hier beschriebene Kunststoffverbund, kann erstmals über große Quadratmeterflächen hergestellt werden. So ist es beispielsweise möglich, dass der Kunststoffverbund eine Fläche von mindesten 1 m x mindestens 1 m, von mindestens 1 m x 1,5 m, von mindestens 1,5 m x 1,5 m, von mindestens 1 m x mindestens 2 m, von mindestens 2 m x mindestens 2 m, von mindestens 2 m x mindestens 4 m ausbildet. Vorteilhaft hat der Kunststoffverbund eine flächige Form. Je nach Verwendung kann der Kunststoffverbund als Plattenware oder auch als Rollenware ausgebildet sein. Folglich können große Flächen mit dem hier beschriebenen Kunststoffverbund verkleidet werden, ohne dass eine Stückelung notwendig wird. Hierdurch wird ein besonders ästhetisches Erscheinungsbild im verwendeten Zustand geschaffen.The plastic composite described here can be produced over large square meter areas for the first time. For example, it is possible for the plastic composite to have an area of at least 1 m x at least 1 m, at least 1 m x 1.5 m, at least 1.5 m x 1.5 m, at least 1 m x at least 2 m, at least 2 m x at least 2 m, of at least 2 m x at least 4 m. The plastic composite advantageously has a flat shape. Depending on the use, the plastic composite can be in the form of sheets or rolls. As a result, large areas can be clad with the plastic composite described here without it being necessary to separate them into pieces. This creates a particularly aesthetic appearance when in use.
Weiterhin hat sich gezeigt, dass die Oberschicht auf Basis eines Urethanacrylatharzes zunächst keine höhereFurthermore, it has been shown that the top layer based on a urethane acrylate resin is initially no higher
Oberflächenhärte des Kunststoffverbundes an sich bedingt. Allerdings bedingt die geringe Schichtdicke der Oberschicht, dass die hohe Härte des Matrixmaterials mehr zum Tragen kommt. Zugleich wird die Qualität hierdurch erhöht. Ist beispielsweise ein Verschmutzungspartikel auf der Oberschicht eingedrückt, so kann diese, aufgrund der geringen Schichtdicke, weniger verdrängt werden. Dies bedeutet, dass der Eindruck deutlich schwächer ausfällt. Dies ist insbesondere von Vorteil, da der hier beschriebene Kunststoffverbund später oft über Pressverfahren weiterverarbeitet wird. Hier kann es häufiger zu Schmutzpartikeln zwischen Pressenoberfläche und dem Kunststoffverbund kommen. Folglich können durch die geringe Schichtdicke die Eindrücke aufgrund des eingebrachten Pressdruckes von Verschmutzungen deutlich reduziert werden. Häufig wird mit einem Pressdruck zwischen 1,5-4 t/Quadratmeter gearbeitet. Es wird folglich deutlich weniger Ausschuss aufgrund der eingedrückten Verschmutzungen produziert.Surface hardness of the plastic composite itself. However, the low layer thickness of the top layer means that the high hardness of the matrix material has a greater impact. At the same time, this increases the quality. For example, if a dirt particle is pressed into the top layer, it can be displaced less because of the thin layer. This means that the impression is significantly weaker. This is particularly advantageous since the plastic composite described here is often further processed later using pressing methods. Here, dirt particles can often occur between the press surface and the plastic composite. Consequently, due to the low layer thickness, the indentations due to the applied pressure of dirt can be significantly reduced. A pressure of between 1.5 and 4 t/square meter is often used. As a result, significantly less waste is produced due to the pressed-in dirt.
Die hier beschriebene Erfindung weist vorteilhaft eine hohe UV-Beständigkeit unter Glanzgraderhalt und nahezu keiner Farbveränderung auf. Dies kann insbesondere durch die farbgebenden Additive in der Oberschicht erzielt werden.The invention described here advantageously has high UV resistance while maintaining the degree of gloss and almost no change in color. This can be achieved in particular by the coloring additives in the top layer.
Weiterhin erweisen sich die farbgebenden Additive, vorteilhaft die Farbpigmente, als vorteilhaft, da diese die darunterliegende Matrixschicht, welche nicht UV-stabilisiert ist und beispielsweise aus einem ungesättigten Polyester- und/oder Epoxidharz ausgebildet sind, vor UV-Einstrahlung schützen und so eine Vergilbung verhindern.Furthermore, the coloring additives, advantageously the color pigments, have proven to be advantageous since they protect the underlying matrix layer, which is not UV-stabilized and is formed, for example, from an unsaturated polyester and/or epoxy resin, from UV radiation and thus prevents yellowing .
Weiterhin hat es sich gezeigt, dass die mechanischen Eigenschaften des hier beschriebene Kunststoffverbundes über den Einsatz von unterschiedlichen Faserverstärkungen im Bereich von Faktor 15-20 einstellbar sind. Es ergibt sich ein Eigenschaftsspektrum nach
- - Kurzfasermatten: Festigkeit ca. 60 N/mm2 | E-Modul ca. 6.000 N/mm2
- - Gewebeverstärkung: Festigkeit ca. 150 N/mm2 | E-Modul ca. 10.000 N/mm2
- - Gelegeverstärkung biaxial: Festigkeit ca. 400 N/mm2 | E-Modul ca. 23.000 N/mm2
- - Gelegeverstärkung uniaxial: Festigkeit ca. 1.000 N/mm2 | E-Modul ca. 45.000 N/mm2
- - Gelegeverstärkung uniaxial Carbonfasern: Festigkeit ca. 1.300 N/mm2 | E-Modul ca. 110.000 N/mm2.
- - Short fiber mats: strength approx. 60 N/mm 2 | Modulus of elasticity approx. 6,000 N/ mm2
- - Fabric reinforcement: strength approx. 150 N/mm 2 | Modulus of elasticity approx. 10,000 N/ mm2
- - Biaxial scrim reinforcement: strength approx. 400 N/mm 2 | Modulus of elasticity approx. 23,000 N/ mm2
- - Reinforcement uniaxial: strength approx. 1,000 N/mm 2 | Modulus of elasticity approx. 45,000 N/ mm2
- - Fabric reinforcement uniaxial carbon fibers: strength approx. 1,300 N/mm 2 | E-module approx. 110,000 N/mm 2 .
Weitere Vorteile, Merkmale und Ausgestaltungsmöglichkeiten ergeben sich aus den nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen. Unter der Formulierung „im Wesentlichen“ wird in allen hier benutzten Fällen, in denen diese Formulierung im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine Abweichung im Bereich von 1% bis 20 %, vorteilhafter von 1% bis 10 %, noch vorteilhafter von 1% bis 5 % von der Festlegung, die ohne die Verwendung dieser Formulierung gegeben wäre, verstanden.Further advantages, features and design options result from the exemplary embodiments, which are not to be understood as limiting. The wording "essentially" means a deviation in the range of 1% to 20%, more advantageously 1% to 10%, even more advantageously 1%, in all cases used here in which this formulation is used within the scope of the present invention. up to 5% of the definition that would have been given without the use of this wording.
Ausführliche Beschreibung von AusführungsbeispielenDetailed description of exemplary embodiments
Die Angabe „phr“ ist zu verstehen als Gewichtsteile bezogen auf 100 Teile des jeweiligen Basisschichtmaterials von Oberschicht bzw. Matrixschicht im flüssigen Zustand.The indication "phr" is to be understood as parts by weight related to 100 parts of the respective base layer material of top layer or matrix layer in the liquid state.
1. Außenliegende Caravanseitenwand1. External caravan side wall
Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel einer Caravanaußenwand hat das hergestellte Endprodukt eine Gesamtdicke von 1,5 mm ± 0,1 mm und weist eine Gesamtbreite von 2,8 m auf. Da das Herstellungsverfahren als Endlosverfahren ausgebildet ist, ist die Produktlänge variabel und kann nach den Kundenanforderungen konfektioniert werden.In the exemplary embodiment of a caravan exterior wall described here, the end product produced has a total thickness of 1.5 mm ± 0.1 mm and has a total width of 2.8 m. Since the manufacturing process is designed as an endless process, the product length is variable and can be tailored according to customer requirements.
Zunächst wird auf eine biaxial gereckte Folie, vorteilhaft eine PET-Folie, ein flüssiges Oberflächenmaterial aufgebracht. Direkt im Anschluss erfolgt die Schichtdickeneinstellung über ein Rakel auf 110 µm ± 15 µm. Die PET-Folie dient als Trägermaterial und kann selbst eine Stärke von 10 - 400 µm aufweisen, wobei sich eine Dicke der PET-Folie von 100 µm als besonders vorteilhaft ergeben hat. Sie ist ausreichend stabil, um als Trägerfolie zu dienen und noch ausreichend dünn, damit die zur UV-Vernetzung notwendige UV-Strahlung hindurchtreten kann. Vorteilhaft kann das Oberflächenmaterial wenigstens ein Urethanacrylat enthaltend ausgebildet sein.First, a liquid surface material is applied to a biaxially stretched film, advantageously a PET film. Immediately afterwards, the layer thickness is set to 110 µm ± 15 µm using a squeegee. The PET film serves as a carrier material and can itself have a thickness of 10-400 μm, with a PET film thickness of 100 μm having been found to be particularly advantageous. It is sufficiently stable to serve as a carrier film and still sufficiently thin for the UV radiation required for UV crosslinking to pass through. The surface material can advantageously be formed to contain at least one urethane acrylate.
Das aufgetragene Oberflächenmaterial in diesem Ausführungsbeispiel kann folgende Zusammensetzungen aufweisen:
- 100 phr Urethaneacrylat (Laromer UA9089)
- 0,5 phr Hostaphin 3058 LIQ
- 0,5 phr Tinuvin 1130 als UV-Absorber
- 4 phr Titandioxid
- 1,5 phr TPO-L als tiefenhärtender UV-Initiator
oder
- 100 phr Urethaneacrylat (Ebercryl IRR 1032)
- 0,5 phr Hostaphin 3058 LIQ
- 0,5 phr Tinuvin 1130 als UV-Absorber
- 4 phr Titandioxid
- 1,5 phr TPO-L als tiefenhärtender UV-Initiator
- 100 phr urethane acrylate (Laromer UA9089)
- 0.5 phr Hostaphine 3058 LIQ
- 0.5 phr Tinuvin 1130 as UV absorber
- 4 phr titanium dioxide
- 1.5 phr TPO-L as a deep-curing UV initiator
or
- 100 phr urethane acrylate (Ebercryl IRR 1032)
- 0.5 phr Hostaphine 3058 LIQ
- 0.5 phr Tinuvin 1130 as UV absorber
- 4 phr titanium dioxide
- 1.5 phr TPO-L as a deep-curing UV initiator
Das auf das Trägermaterial aufgebrachte flüssige Oberflächenmaterial wird nach Einstellung der Schichtdicke mit wenigstens einer UV-Strahlungsquelle von oben beaufschlagt. Der UV-Eintrag erfolgt somit direkt über die freiliegende Oberfläche der Oberflächenmaterialschicht. Vorteilhaft wird hierzu eine galliumdotierte Quecksilberlampe als UV-Strahlungsquelle eingesetzt. Diese weist vorteilhaft eine UV-Dosis von 400 mJ/cm2 ± 10% auf.After the layer thickness has been adjusted, the liquid surface material applied to the carrier material is exposed to at least one UV radiation source from above. The UV entry thus takes place directly via the exposed surface of the surface material layer. A gallium-doped mercury lamp is advantageously used as the UV radiation source for this purpose. This advantageously has a UV dose of 400 mJ/cm 2 ±10%.
Die als Trägermaterial ausgebildete PET-Folie hat zusätzlich die Aufgabe, eine Sauerstoffinhibierung an der Grenzfläche Folie-Oberflächenmaterial zu verhindern. Hierdurch wird im Bereich dieser Grenzfläche ein hoher Vernetzungsumsatz von >90 % erreicht. Die freie Oberfläche hingegen hat Kontakt zur Luft und wird sauerstoffinhibiert. Dies führt zu einem Vernetzungsgrad von 50 bis 80% der freien Oberfläche.The PET film designed as the carrier material also has the task of preventing oxygen inhibition at the film/surface material interface. As a result, a high crosslinking conversion of >90% is achieved in the area of this interface. The free surface, on the other hand, is in contact with the air and is oxygen-inhibited. This leads to a degree of crosslinking of 50 to 80% of the free surface.
In tieferen Schichten, welche nicht von der Sauerstoffinhibierung der Härterradikale betroffen sind, wird ein Vernetzungsgrad von üblicherweise >90 % erreicht (gemessen mit IR-ATR; Berechnung über die Peakfläche der C-C Doppelbindung). Hierzu sei ausgeführt, dass IR-ATR in einem Bereich von 400 - 4000 Wellenzahl (cm-1) Licht auf eine Probe strahlt. Die Strahlung wird an der Oberfläche gemäß der vorliegenden kovalenten Bindungen absorbiert bevor der Rest zurück zum Gerät reflektiert wird. Für die Vernetzungsmessung ist die Abnahme der Doppelbindung relevant. Die Doppelbindung erzeugt einen eigenen spezifischen Peak bei ca. 809 cm-1. Hier gilt das Gesetz von Lambert-Beer, was bedeutet, dass die Peakfläche direkt proportional zur Konzentration der Bindung ist.In deeper layers, which are not affected by the oxygen inhibition of the hardener radicals, a degree of crosslinking of usually >90% is achieved (measured with IR-ATR; calculation via the peak area of the CC double bond). In this regard, it should be stated that IR-ATR is in a range of 400 - 4000 Wave number (cm -1 ) light radiates onto a sample. Radiation is absorbed at the surface due to the covalent bonds present before the remainder is reflected back to the device. The decrease in the double bond is relevant for the crosslinking measurement. The double bond creates its own specific peak at about 809 cm -1 . Here the Lambert-Beer law applies, which means that the peak area is directly proportional to the concentration of the binding.
Daher wird zunächst die flüssige Probe vermessen und die Fläche unter dem gemessen Peak integriert. Diese Fläche entspricht einem Vernetzungsgrad von 0% bzw. 100% nicht vernetzte Bindungen. Nach der Härtung integriert man erneut, die Fläche gibt wieder an, wieviel Bindungen noch nicht vernetzt wurden. Die Differenz aus beiden entspricht dem erreichten Vernetzungsgrad.Therefore, the liquid sample is measured first and the area under the measured peak is integrated. This area corresponds to a degree of crosslinking of 0% or 100% non-crosslinked bonds. After hardening, one integrates again, the area again indicates how many bonds have not yet been crosslinked. The difference between the two corresponds to the degree of crosslinking achieved.
Auf der zumindest teilweise UV-gehärteten freiliegenden Oberfläche des Oberflächenmaterials wird in einem nächsten Schritt das Matrixmaterial aufgetragen. Die Schichtdicke des Matrixmaterials kann an die spätere Verwendung angepasst werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Schichtdicke von ca.1100pm gewählt. Die Schichtdicke wird über ein weiteres Rakel eingestellt.In a next step, the matrix material is applied to the at least partially UV-cured exposed surface of the surface material. The layer thickness of the matrix material can be adapted to later use. In the present exemplary embodiment, a layer thickness of approx. 1100 μm is selected. The layer thickness is set using another doctor blade.
Das Matrixmaterial weist im hier beschriebenen Beispiel die folgende Zusammensetzung auf:
- 100 phr ungesättigtes Harz, vorteilhaft das mittelreaktive, orthophthalsäurebasierende Matrixharz Palatal P4 L21
- 5 phr Titandioxid
- 0,15 phr Cobaltbeschleuniger 1%ig
- 1,7 phr Härter, vorteilhaft Curox I300
- 100 phr unsaturated resin, advantageously the medium-reactive, orthophthalic acid-based matrix resin Palatal P4 L21
- 5 phr titanium dioxide
- 0.15 phr cobalt accelerator 1%
- 1.7 phr hardener, preferably Curox I300
Als Cobaltbeschleuniger können beispielsweise Lösungsmittel wie Styrol, Xylol, TXIB, 2-Ethylhexan-1-ol mit entsprechendem Cobaltanteil eingesetzt werden.For example, solvents such as styrene, xylene, TXIB, 2-ethylhexan-1-ol with a corresponding cobalt content can be used as cobalt accelerators.
In das abgezogene Matrixmaterial werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel Verstärkungsmaterialien eingebracht. Durch den noch flüssigen Aggregatszustand des Matrixmaterials können die Verstärkungsmaterialien in die Matrixmaterialschicht einsinken und werden von dieser im Wesentlichen vollständig, vorteilhaft vollständig, umschlossen. Das Verstärkungsmaterial wird hierdurch zugleich imprägniert.In the present exemplary embodiment, reinforcing materials are introduced into the matrix material that has been drawn off. Due to the still liquid state of aggregation of the matrix material, the reinforcing materials can sink into the matrix material layer and are essentially completely, advantageously completely, surrounded by it. The reinforcement material is thereby impregnated at the same time.
Für die in diesem Ausführungsbeispiel genannte Anwendung werden üblicherweise als Verstärkungsmaterial Schnittglasmatten ausgewählt. Die Schnittglasmatte weist eine Grammatur von 375 gr/m2 auf.Cut glass mats are usually selected as the reinforcing material for the application mentioned in this exemplary embodiment. The cut glass mat has a grammage of 375 g/m 2 .
Alternativ zu den Schnittglasmatten können auch Schnittfasern zur Verstärkung eingebracht werden.As an alternative to the chopped glass mats, chopped fibers can also be used for reinforcement.
Zur Reduktion des Faserprint der Schnittfasern und/oder Schnittglasmatten wird vorteilhaft vor dem Aufbringen der Matrixschicht zwischen der Oberschicht und den Schnittfasern und/oder der Schnittglasmatte wenigstens eine Separationsschicht angeordnet. Vorteilhaft ist die Separationsschicht als Glasvlies ausgebildet. Weiterhin vorteilhaft weist das hier eingesetzte Glasvlies eine Grammatur von 20 g/m2 auf. Dies bringt verbesserte Stabilität und verhindert, dass sich die einzelnen Schnittglasfasern und/oder die Glasfasern der Matten in die Oberschicht eindrücken und schlimmstenfalls durch diese hindurch aus dem Kunststoffverbund herausstehen. Zudem wird die Grenzfläche zwischen Oberschicht und Fasern so gleichmäßiger und die Faserstruktur wird optisch überdeckt und minimiert.To reduce the fiber print of the chopped fibers and/or chopped glass mats, at least one separating layer is advantageously arranged between the top layer and the chopped fibers and/or the chopped glass mat before the matrix layer is applied. The separating layer is advantageously designed as a glass fleece. The glass fleece used here also advantageously has a grammage of 20 g/m 2 . This brings improved stability and prevents the individual cut glass fibers and/or the glass fibers of the mats from being pressed into the top layer and, in the worst case, protruding through it from the plastic composite. In addition, the interface between the top layer and the fibers is more even and the fiber structure is optically covered and minimized.
Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ergibt sich folgender Aufbau der einzelnen Schichten:
- - Oberschicht
- - Separationsschicht, vorteilhaft ein Glasvlies
- - Matrixschicht mit eingelassener Schnittglasmatte
- - upper class
- - Separation layer, advantageously a glass fleece
- - Matrix layer with embedded cut glass mat
Auf der Matrixschicht wird schließlich vorteilhaft eine weitere Trägerfolie, vorteilhaft eine PET-Folie aufgebracht. Diese verhindert eine Sauerstoffinhibierung während der Härtung des Matrixmaterials. Um Lufteinschlüsse zwischen der PET-Folie und dem Harz zu entfernen, wird das komplette Schichtsystem kalandriert.Finally, another carrier film, advantageously a PET film, is advantageously applied to the matrix layer. This prevents oxygen inhibition during the curing of the matrix material. The entire layer system is calendered to remove air pockets between the PET film and the resin.
Im Anschluss wird zur Temperaturhärtung des Matrixmaterials dieses auf 100 °C für 20 min erhitzt. Danach wird der entstandene Kunststoffverbund wieder auf Raumtemperatur abgekühlt.The matrix material is then heated to 100° C. for 20 minutes to harden it at high temperatures. The resulting plastic composite is then cooled back down to room temperature.
Um die Urethanacrylat enthaltende Oberschicht zu vernetzen, wird der Kunststoffverbund erneut mit UV-Strahlung beaufschlagt. Dies kann mit einer weiteren UV-Strahlungsquelle erfolgen, welche eine Dosis von 400 mJ/cm2 aussendet. Diese Strahlungsquelle ist im Herstellungsverfahren unterhalb des Schichtsystems angeordnet und beaufschlagt somit zuerst die Trägerfläche und dann die Oberschicht. Es erfolgt somit eine Bestrahlung von unten.In order to crosslink the upper layer containing urethane acrylate, the plastic composite is again exposed to UV radiation. This can be done with another UV radiation source that emits a dose of 400 mJ/cm 2 . This radiation source is arranged below the layer system in the production process and thus acts first on the carrier surface and then on the top layer. There is thus an irradiation from below.
Im vorletzten Schritt werden dann die beiden Trägerfolien, welche bislang den Kunststoffverbund flächenmäßig begrenzt haben, entfernt. Der Kunststoffverbund wird im Anschluss konfektioniert. Es hat sich gezeigt, dass ein so hergestellter Kunststoffverbund eine Zugfestigkeit nach
In diesem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel weist der entstehende Kunststoffverbund einen Glasgehalt von 20-30Gew% auf.In the exemplary embodiment described here, the resulting plastic composite has a glass content of 20-30% by weight.
Der hier beschriebene Kunststoffverbund mit beiden möglichen Oberschichtalternativen zeigt eine deutlich erhöhte Glanzbeständigkeit, nahezu keine Vergilbung und eine Gewichtsreduktion von etwa 100 g / m2 gegenüber bekannten faserverstärkten Kunststoffplatten unter verbesserten mechanischen Eigenschaften. Insbesondere die signifikante Reduktion der Vergilbung und Erhaltung des Glanzgrades über Jahrzehnte, ermittelt via Xeno-Test nach
2. Nutzfahrzeugaußenseitenwand2. Commercial vehicle outer side wall
Im hier beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel wird das hergestellte Endprodukt, also der Kunststoffverbund für eine Nutzfahrzeugaußenseitenwand verwendet. Der gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel hergestellte Kunststoffverbund weist eine Gesamtdicke von 1,4 mm ± 0,1mm Gesamtstärke und eine Gesamtbreite von 2,4 m auf. Da das Herstellungsverfahren als Endlosverfahren ausgebildet ist, ist die Produktlänge variabel und kann nach Kundenanforderungen konfektioniert werden.In the second exemplary embodiment described here, the end product produced, that is to say the plastic composite, is used for an outer side wall of a commercial vehicle. The plastic composite produced according to this second exemplary embodiment has a total thickness of 1.4 mm±0.1 mm and a total width of 2.4 m. Since the manufacturing process is designed as an endless process, the product length is variable and can be tailored according to customer requirements.
Zunächst wird auf eine biaxial gereckte Folie, vorteilhaft eine PET-Folie, ein flüssiges Oberflächenmaterial aufgebracht. Direkt im Anschluss erfolgt die Schichtdickeneinstellung über ein Rakel auf 110 µm ± 15pm. Die PET-Folie dient als Trägermaterial und kann selbst eine Stärke von 10 - 400 µm aufweisen, wobei sich eine Dicke der PET-Folie von 100 µm als besonders vorteilhaft ergeben hat. Sie ist ausreichend stabil, um als Trägerfolie zu dienen und noch ausreichend dünn, damit die zur UV-Vernetzung notwendige UV-Strahlung hindurchtreten kann. Vorteilhaft kann das Oberflächenmaterial wenigstens ein Urethanacrylat enthaltend ausgebildet sein.First, a liquid surface material is applied to a biaxially stretched film, advantageously a PET film. Immediately afterwards, the layer thickness is set to 110 µm ± 15 pm using a squeegee. The PET film serves as a carrier material and can itself have a thickness of 10-400 μm, with a PET film thickness of 100 μm having been found to be particularly advantageous. It is sufficiently stable to serve as a carrier film and still sufficiently thin for the UV radiation required for UV crosslinking to pass through. The surface material can advantageously be formed to contain at least one urethane acrylate.
Das aufgetragene Oberflächenmaterial in diesem Ausführungsbeispiel kann folgende Zusammensetzungen aufweisen:
- 100 phr Urethanacrylat (Laromer UA9089)
- 0,5 phr Hostaphin 3058 LIQ
- 0,5 phr Tinuvin 1130 (UV-Absorber)
- 4 phr Titandioxid (bei abgetönten Weißtönen bzw. Farben können mehr Pigmenttypen hinzukommen)
- 1,5 phr TPO-L
oder
- 100 phr Urethanacrylat (Ebercryl IRR 1032)
- 0,5 phr Hostaphin 3058 LIQ
- 0,5 phr Tinuvin 1130 (UV-Absorber)
- 4 phr Titandioxid (bei abgetönten Weißtönen bzw. Farben können mehr Pigmenttypen hinzukommen)
- 1,5 phr TPO-L
- 100 phr urethane acrylate (Laromer UA9089)
- 0.5 phr Hostaphine 3058 LIQ
- 0.5 phr Tinuvin 1130 (UV absorber)
- 4 phr titanium dioxide (more pigment types can be added for tinted whites or colors)
- 1.5 phr TPO-L
or
- 100 phr urethane acrylate (Ebercryl IRR 1032)
- 0.5 phr Hostaphine 3058 LIQ
- 0.5 phr Tinuvin 1130 (UV absorber)
- 4 phr titanium dioxide (more pigment types can be added for tinted whites or colors)
- 1.5 phr TPO-L
Das auf das Trägermaterial aufgebrachte flüssige Oberflächenmaterial wird nach Einstellung der Schichtdicke mit wenigstens einer UV-Strahlungsquelle von oben beaufschlagt. Der UV-Eintrag erfolgt somit direkt über die freiliegende Oberfläche der Oberflächenmaterialschicht. Vorteilhaft wird hierzu eine galliumdotierte Quecksilberlampe als UV-Strahlungsquelle eingesetzt. Diese weist vorteilhaft eine UV-Dosis von 400 mJ/cm2 ± 10% auf.After the layer thickness has been adjusted, the liquid surface material applied to the carrier material is exposed to at least one UV radiation source from above. The UV entry thus takes place directly over the exposed surface of the surface material layer. A gallium-doped mercury lamp is advantageously used as the UV radiation source for this purpose. This advantageously has a UV dose of 400 mJ/cm 2 ±10%.
Die als Trägermaterial ausgebildete PET-Folie hat zusätzlich die Aufgabe, eine Sauerstoffinhibierung an der Grenzfläche Folie-Oberflächenmaterial zu verhindern. Hierdurch wird im Bereich dieser Grenzfläche ein hoher Vernetzungsumsatz von > 90 % erreicht. Die freie Oberfläche hingegen hat Kontakt zur Luft und wird sauerstoffinhibiert. Dies führt zu einem Vernetzungsgrad von 50 bis 80% der freien Oberfläche.The PET film designed as the carrier material also has the task of preventing oxygen inhibition at the film/surface material interface. As a result, a high crosslinking conversion of >90% is achieved in the area of this interface. The free surface, on the other hand, is in contact with the air and is oxygen-inhibited. This leads to a degree of crosslinking of 50 to 80% of the free surface.
In tieferen Schichten, welche nicht von der Sauerstoffinhibierung der Härterradikale betroffen sind, wird ein Vernetzungsgrad von üblicherweise >90 % erreicht (gemessen mit IR-ATR; Berechnung über die Peakfläche der C-C Doppelbindung - Zur Messung und Auswertung siehe Ausführungsbeispiel 1 - Caravanaußenwand).In deeper layers, which are not affected by the oxygen inhibition of the hardener radicals, a degree of crosslinking of usually >90% is achieved (measured with IR-ATR; calculation via the peak area of the C-C double bond - for measurement and evaluation, see example 1 - caravan outer wall).
Auf die freiliegende Oberfläche des aufgebrachten und zumindest teil gehärtetem Oberschichtmaterial wird in einem nächsten Schritt das Matrixmaterial aufgetragen. Die Schichtdicke des Matrixmaterials kann an die spätere Verwendung angepasst werden. Im hier offenbarten Ausführungsbeispiel weist die Matrix spricht vorteilhaft eine Schichtdicke im Bereich von ca. 700 µm auf.In a next step, the matrix material is applied to the exposed surface of the applied and at least partially cured top layer material. The layer thickness of the matrix material can be adapted to later use. In the exemplary embodiment disclosed here, the matrix advantageously has a layer thickness in the range of approximately 700 μm.
Vorteilhaft ist die Matrixschicht wenigstens ein Epoxidharz enthaltend ausgebildet und weist die folgende Zusammensetzung auf:
- 100 phr Biresin LXR 121
- 26 phr Biresin LXH 121-3
- 100 phr Biresin LXR 121
- 26 phr Biresin LXH 121-3
Das aufgebrachte Epoxidharz wird auf der Rückseite der Oberschicht, welche hier teilgehärtet ausgebildet ist, aufgebracht und von einem Rakel mit einer Schichtdicke von etwa 700 µm abgezogen.The applied epoxy resin is applied to the back of the top layer, which is partially hardened here, and drawn off with a squeegee with a layer thickness of about 700 μm.
In das abgezogene Matrixmaterial werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel Verstärkungsmaterialien eingebracht. Durch den noch flüssigen Aggregatszustand des Matrixmaterials können die Verstärkungsmaterialien in die Matrixmaterialschicht einsinken und werden von dieser im Wesentlichen vollständig, vorteilhaft vollständig, umschlossen. Das Verstärkungsmaterial wird hierdurch zugleich imprägniert.In the present exemplary embodiment, reinforcing materials are introduced into the matrix material that has been drawn off. Due to the still liquid state of aggregation of the matrix material, the reinforcing materials can sink into the matrix material layer and are essentially completely, advantageously completely, surrounded by it. The reinforcement material is thereby impregnated at the same time.
Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ergibt sich folgender Aufbau der einzelnen Schichten:
- - Oberschicht
- - Matrixschicht mit
- - einem ersten Biaxialgelege mit einer Grammatur von 812gr/m2
- - einem zweiten Biaxialgelege mit einer Grammatur von 812gr/m2
- - upper class
- - Matrix layer with
- - a first biaxial fabric with a grammage of 812 g/m 2
- - a second biaxial fabric with a grammage of 812 g/m 2
Bei den eingesetzten Biaxialgelegen handelt es sich um textile Halbzeuge, welche biaxial angeordnete Glasrovingstränge besitzen. Der Vorteil dieser Biaxialgelege ist, dass mehr Glasanteil im resultierenden Kunststoffverbund bei gleichbleibender Dicke bereitgestellt werden kann. Hierdurch können noch zusätzlich mechanische Eigenschaften bei niedrigerem Gewicht realisiert werden. Auch ein niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient geht mit der Verwendung dieser biaxialen Gelege einher.The biaxial fabrics used are textile semi-finished products that have biaxially arranged glass roving strands. The advantage of this biaxial fabric is that more glass can be provided in the resulting plastic composite with the same thickness. As a result, additional mechanical properties can be achieved at a lower weight. A low coefficient of thermal expansion also goes hand in hand with the use of these biaxial non-crimp fabrics.
Auf der Matrixschicht wird schließlich vorteilhaft eine weitere Trägerfolie, vorteilhaft eine PET-Folie aufgebracht. Diese muss geeignet sein, sich von der Matrixschicht, also dem Epoxidharz, welches die Matrixschicht in diesem Ausführungsbeispiel ausbildet, entformen zu lassen. Um Lufteinschlüsse zwischen der PET-Folie und dem Harz zu entfernen, wird das komplette Schichtsystem kalandriert.Finally, another carrier film, advantageously a PET film, is advantageously applied to the matrix layer. This must be suitable for being able to be demoulded by the matrix layer, ie the epoxy resin which forms the matrix layer in this exemplary embodiment. The entire layer system is calendered to remove air pockets between the PET film and the resin.
Im Anschluss wird zur Temperaturhärtung des Matrixmaterials dieses auf 100 °C für 30 min erhitzt. Danach wird der Kunststoffverbund wieder auf Raumtemperatur abgekühlt.The matrix material is then heated to 100° C. for 30 minutes for temperature hardening. The plastic composite is then cooled back down to room temperature.
Um die Urethanacrylat enthaltende Oberschicht zu vernetzen wird der Kunststoffverbund erneut mit UV-Strahlung beaufschlagt. Dies kann mit einer weiteren UV-Strahlungsquelle erfolgen, welche eine Dosis von 400 mJ/cm2 aussendet. Diese Strahlungsquelle ist im Herstellungsverfahren unterhalb des Schichtsystems angeordnet und beaufschlagt somit direkt die Oberschicht. Es erfolgt somit eine Bestrahlung von unten.In order to crosslink the upper layer containing urethane acrylate, the plastic composite is again exposed to UV radiation. This can be done with another UV radiation source that emits a dose of 400 mJ/cm 2 . This radiation source is arranged below the layer system in the manufacturing process and thus acts directly on the top layer. There is thus an irradiation from below.
Im vorletzten Schritt werden dann die beiden Trägerfolien, welche bislang den Kunststoffverbund flächenmäßig begrenzt haben, entfernt. Der Kunststoffverbund wird im Anschluss konfektioniert. Es hat sich gezeigt, dass ein so hergestellter Kunststoffverbund eine Zugfestigkeit nach
Der hier beschriebene Kunststoffverbund zeigt eine deutlich erhöhte Glanzbeständigkeit, nahezu keine Vergilbung und eine Gewichtsreduktion von bis zu 100 g / m2 gegenüber bekannten faserverstärkten Kunststoffplatten unter verbesserten mechanischen Eigenschaften. Insbesondere die signifikante Reduktion der Vergilbung und Erhaltung des Glanzgrades über Jahrzehnte, ermittelt via Xeno-Test nach
3. Vorgehängte Fassadenplatte für die Bauindustrie3. Curtain wall panel for the construction industry
Im hier beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel wird der gemäß diesem Ausführungsbeispiel hergestellte Kunststoffverbund als vorgehängte Fassadenplatte beispielsweise in der Bauindustrie verwendet. Der hergestellte Kunststoffverbund, also das Endprodukt, weist eine Gesamtdicke von 5,0 mm ± 0,15 mm und eine Gesamtbreite von ca. 2,4 m auf. Da das Herstellungsverfahren weiterhin als Endlosverfahren ausgebildet ist, ist die Produktlänge variabel und kann nach Kundenanforderungen konfektioniert werden.In the third exemplary embodiment described here, the plastic composite produced according to this exemplary embodiment is used as a curtain wall panel, for example in the construction industry. The plastic composite produced, i.e. the end product, has a total thickness of 5.0 mm ± 0.15 mm and a total width of approx. 2.4 m. Since the manufacturing process is still designed as a continuous process, the product length is variable and can be tailored according to customer requirements.
Zunächst wird auf eine biaxial gereckte Folie, vorteilhaft eine PET-Folie, ein flüssiges Oberflächenmaterial aufgebracht. Direkt im Anschluss erfolgt die Schichtdickeneinstellung über ein Rakel auf 110pm ± 0,15pm. Die PET-Folie dient als Trägermaterial und kann selbst eine Stärke von 10 - 400 µm aufweisen, wobei sich eine Dicke der PET-Folie von 100 µm als besonders vorteilhaft ergeben hat. Sie ist ausreichend stabil, um als Trägerfolie zu dienen und noch ausreichend dünn, damit die zur UV-Vernetzung notwendige UV-Strahlung hindurchtreten kann. Vorteilhaft kann das Oberflächenmaterial wenigstens ein Urethanacrylat enthaltend ausgebildet sein.First, a liquid surface material is applied to a biaxially stretched film, advantageously a PET film. Immediately afterwards, the layer thickness is set to 110pm ± 0.15pm using a squeegee. The PET film serves as a carrier material and can itself have a thickness of 10-400 μm, with a PET film thickness of 100 μm having been found to be particularly advantageous. It is sufficiently stable to serve as a carrier film and still sufficiently thin for the UV radiation required for UV crosslinking to pass through. The surface material can advantageously be formed to contain at least one urethane acrylate.
Das aufgetragene Oberflächenmaterial in diesem Ausführungsbeispiel kann folgende Zusammensetzungen aufweisen:
- 100 phr Urethanacrylat (Laromer UA9089)
- 0,5 phr Hostaphin 3058 LIQ
- 0,5 phr Tinuvin 1130 (UV-Absorber)
- 4 phr Titandioxid (bei abgetönten Weißtönen bzw. Farben können weitere Pigmenttypen hinzukommen)
- 1,5 phr TPO-L
oder
- 100 phr Urethanacrylat (Ebercryl IRR 1032)
- 0,5 phr Hostaphin 3058 LIQ
- 0,5 phr Tinuvin 1130 (UV-Absorber)
- 4 phr Titandioxid (bei abgetönten Weißtönen bzw. Farben können weitere Pigmenttypen hinzukommen) 1,5 phr TPO-L
- 100 phr urethane acrylate (Laromer UA9089)
- 0.5 phr Hostaphine 3058 LIQ
- 0.5 phr Tinuvin 1130 (UV absorber)
- 4 phr titanium dioxide (additional pigment types can be added for tinted white tones or colors)
- 1.5 phr TPO-L
or
- 100 phr urethane acrylate (Ebercryl IRR 1032)
- 0.5 phr Hostaphine 3058 LIQ
- 0.5 phr Tinuvin 1130 (UV absorber)
- 4 phr Titanium Dioxide (additional pigment types may be added for tinted whites or colors) 1.5 phr TPO-L
Das auf das Trägermaterial aufgebrachte flüssige Oberflächenmaterial wird nach Einstellung der Schichtdicke mit wenigstens einer UV-Strahlungsquelle von oben beaufschlagt. Der UV-Eintrag erfolgt somit direkt über die freiliegende Oberfläche der Oberflächenmaterialschicht. Vorteilhaft wird hierzu eine galliumdotierte Quecksilberlampe als UV-Strahlungsquelle eingesetzt. Diese weist vorteilhaft eine UV-Dosis von 400 mJ/cm2 ± 10% auf.After the layer thickness has been adjusted, the liquid surface material applied to the carrier material is exposed to at least one UV radiation source from above. The UV entry thus takes place directly via the exposed surface of the surface material layer. A gallium-doped mercury lamp is advantageously used as the UV radiation source for this purpose. This advantageously has a UV dose of 400 mJ/cm 2 ±10%.
Die als Trägermaterial ausgebildete PET-Folie hat zusätzlich die Aufgabe, eine Sauerstoffinhibierung an der Grenzfläche Folie-Oberflächenmaterial zu verhindern. Hierdurch wird im Bereich dieser Grenzfläche ein hoher Vernetzungsumsatz von > 90 % erreicht. Die freie Oberfläche hingegen hat Kontakt zur Luft und wird sauerstoffinhibiert. Dies führt zu einem Vernetzungsgrad von 50 bis 80% der freien Oberfläche.The PET film designed as the carrier material also has the task of preventing oxygen inhibition at the film/surface material interface. As a result, a high crosslinking conversion of >90% is achieved in the area of this interface. The free surface, on the other hand, is in contact with the air and is oxygen-inhibited. This leads to a degree of crosslinking of 50 to 80% of the free surface.
In tieferen Schichten, welche nicht von der Sauerstoffinhibierung der Härterradikale betroffen sind, wird ein Vernetzungsgrad von üblicherweise >90 % erreicht (gemessen mit IR-ATR; Berechnung über die Peakfläche der C-C Doppelbindung; Zur Messung und Auswertung siehe Ausführungsbeispiel 1 - Caravanaußenwand)In deeper layers, which are not affected by the oxygen inhibition of the hardener radicals, a degree of crosslinking of usually >90% is achieved (measured with IR-ATR; calculation via the peak area of the CC double bond; for measurement and evaluation see example 1 - caravan outer wall)
Auf der zumindest teilweise UV-gehärteten freiliegenden Oberfläche des Oberflächenmaterials wird in einem nächsten Schritt das Matrixmaterial aufgetragen. Die Schichtdicke des Matrixmaterials kann an die spätere Verwendung angepasst werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Schichtdicke des flüssigen Matrixmaterials von etwa 3700 µm gewählt. Die Einstellung der Schichtdicke wird über ein weiteres Rakel eingestellt.In a next step, the matrix material is applied to the at least partially UV-cured exposed surface of the surface material. The layer thickness of the matrix material can be adapted to later use. In the present exemplary embodiment, a layer thickness of the liquid matrix material of approximately 3700 μm is selected. The layer thickness is set using another doctor blade.
Das Matrixmaterial weist im hier beschriebenen Beispiel die folgende Zusammensetzung auf:
- 100 phr ungestättigtes Harz, vorteilhaft das mittelreaktive orthophthalsäurebasierende Matrixharz Palatal P4 L21
- 5 phr Titandioxid (bei abgetönten Weißtönen bzw. Farben können weitere Pigmenttypen hinzukommen)
- 0,15 phr Cobaltbeschleuniger 1%ig
- 1,7 phr Härter (z.B. Curox 1300)
- 100 phr unsaturated resin, preferably the moderately reactive orthophthalic acid-based matrix resin Palatal P4 L21
- 5 phr titanium dioxide (additional pigment types can be added to tinted whites or colors)
- 0.15 phr cobalt accelerator 1%
- 1.7 phr hardener (e.g. Curox 1300)
In das abgezogene Matrixmaterial werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel Verstärkungsmaterialien eingebracht. Das Einführen des Verstärkungsmaterials erfolgt von oben. Durch den noch flüssigen Aggregatszustand des Matrixmaterials können die Verstärkungsmaterialien in die Matrixmaterialschicht einsinken und werden von dieser im Wesentlichen vollständig, vorteilhaft vollständig umschlossen. Das Verstärkungsmaterial wird hierdurch zugleich imprägniert.In the present exemplary embodiment, reinforcing materials are introduced into the matrix material that has been drawn off. The reinforcement material is inserted from above. Due to the still liquid state of aggregation of the matrix material, the reinforcing materials can sink into the matrix material layer and are essentially completely, advantageously completely, surrounded by it. The reinforcement material is thereby impregnated at the same time.
Für die in diesem Ausführungsbeispiel genannte Anwendung werden üblicherweise als Verstärkungsmaterial Schnittglasmatten ausgewählt.Cut glass mats are usually selected as the reinforcing material for the application mentioned in this exemplary embodiment.
Alternativ zu den Schnittglasmatten können auch Schnittfasern zur Verstärkung eingebracht werden.As an alternative to the chopped glass mats, chopped fibers can also be used for reinforcement.
Zur Reduktion des Faserprint der Schnittfasern und/oder Schnittglasmatten wird vorteilhaft vor dem Aufbringen der Matrixschicht zwischen der Oberschicht und den Schnittfasern und/oder der Schnittglasmatte wenigstens eine Separationsschicht angeordnet. Vorteilhaft ist die Separationsschicht als Glasvlies ausgebildet. Weiterhin vorteilhaft weist das hier eingesetzte Glasvlies eine Grammatur von 20g/m2 auf. Dies bringt verbesserte Stabilität und verhindert, dass sich die einzelnen Schnittglasfasern und/oder die Glasfasern der Matten in die Oberschicht eindrücken und schlimmstenfalls durch diese hindurch aus dem Kunststoffverbund herausstehen. Zudem wird die Grenzfläche zwischen Oberschicht und Fasern so gleichmäßiger und die Faserstruktur wird optisch überdeckt.To reduce the fiber print of the chopped fibers and/or chopped glass mats, at least one separating layer is advantageously arranged between the top layer and the chopped fibers and/or the chopped glass mat before the matrix layer is applied. The separating layer is advantageously designed as a glass fleece. The glass fleece used here also advantageously has a grammage of 20 g/m 2 . This brings improved stability and prevents the individual cut glass fibers and/or the glass fibers of the mats from being pressed into the top layer and, in the worst case, protruding through it from the plastic composite. In addition, the interface between the top layer and the fibers becomes more even and the fiber structure is optically covered.
Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ergibt sich folgender Aufbau der einzelnen Schichten:
- - Oberschicht
- - Glasvlies mit einer Grammatur von 20g/m2
- - Matrixschicht mit
- - erster Schnittglasmatte in einer Grammatur von 375gr/m2
- - zweiter Schnittglasmatte in einer Grammatur von 375gr/m2
- - dritter Schnittglasmatte in einer Grammatur von 375gr/m2
- - vierter Schnittglasmatte in einer Grammatur von 375gr/m2
- - Endlosmatte in einer Grammatur von 450gr/m2
- - upper class
- - Glass fleece with a grammage of 20g/m 2
- - Matrix layer with
- - first cut glass mat with a grammage of 375 g/m 2
- - second cut glass mat with a grammage of 375 g/m 2
- - third cut glass mat with a grammage of 375 g/m 2
- - fourth cut glass mat with a grammage of 375 g/m 2
- - Endless mat with a grammage of 450g/ m2
Die hier eingesetzten vier Schnittglasmatten werden nacheinander von oben in die noch zu härtende Matrixschicht eingebracht. Über Kapillarwirkung wird eine Schnittglasmatte nach der anderen getränkt und von der Matrixschicht umschlossen.The four cut glass mats used here are inserted one after the other from above into the matrix layer that is still to be hardened. One cut glass mat after the other is soaked by capillary action and surrounded by the matrix layer.
Es hat sich als vorteilhaft gezeigt, vier einzelne Schnittglasmatten nacheinander in die Matrixschicht einzubringen. Dies bedingt eine hohe gleichmäßige Verteilung des Matrixmaterials. Würde beispielsweise lediglich eine dicke Schnittglasmatte eingeführt werden, welche den vier einzelnen Matten entspräche, so würde das Matrixschichtmaterial seitlich herausgepresst werden und der gesamte Kunststoffverbund wäre fehlerhaft.It has proven to be advantageous to insert four individual cut glass mats one after the other into the matrix layer. This requires a highly uniform distribution of the matrix material. Would, for example If only one thick cut glass mat were introduced, which would correspond to the four individual mats, the matrix layer material would be pressed out laterally and the entire plastic composite would be defective.
Auf der Matrixschicht wird schließlich vorteilhaft eine weitere Trägerfolie, vorteilhaft eine PET-Folie aufgebracht. Diese verhindert eine Sauerstoffinhibierung während der Härtung des Matrixmaterials. Um Lufteinschlüsse zwischen der PET-Folie und dem Harz zu entfernen, wird das komplette Schichtsystem kalandriert.Finally, another carrier film, advantageously a PET film, is advantageously applied to the matrix layer. This prevents oxygen inhibition during the curing of the matrix material. The entire layer system is calendered to remove air pockets between the PET film and the resin.
Im Anschluss wird zur Temperaturhärtung des Matrixmaterials dieses auf 90 °C für 30 min erhitzt. Danach wird der entstandene Kunststoffverbund wieder auf Raumtemperatur abgekühlt.The matrix material is then heated to 90° C. for 30 minutes to harden it at high temperatures. The resulting plastic composite is then cooled back down to room temperature.
Um die Urethanacrylat enthaltende Oberschicht zu vernetzen, wird der Kunststoffverbund erneut mit UV-Strahlung beaufschlagt. Dies kann mit einer weiteren UV-Strahlungsquelle erfolgen, welche eine Dosis von 400 mJ/cm2 aussendet. Diese Strahlungsquelle ist im Herstellungsverfahren unterhalb des Schichtsystems angeordnet und beaufschlagt somit direkt die Oberschicht. Es erfolgt somit eine Bestrahlung von unten.In order to crosslink the upper layer containing urethane acrylate, the plastic composite is again exposed to UV radiation. This can be done with another UV radiation source that emits a dose of 400 mJ/cm 2 . This radiation source is arranged below the layer system in the manufacturing process and thus acts directly on the top layer. There is thus an irradiation from below.
Im vorletzten Schritt werden dann die beiden Trägerfolien, welche bislang den Kunststoffverbund flächenmäßig begrenzt haben, entfernt. Der Kunststoffverbund wird im Anschluss konfektioniert. Es hat sich gezeigt, dass ein so hergestellter Kunststoffverbund eine Zugfestigkeit nach
Der hier beschriebene Kunststoffverbund mit beiden möglichen Oberschichtalternativen zeigt eine deutlich erhöhte Glanzbeständigkeit, nahezu keine Vergilbung und eine Gewichtsreduktion von bis zu 100 g/m2 gegenüber bekannten faserverstärkten Kunststoffplatten unter verbesserten mechanischen Eigenschaften. Insbesondere die signifikante Reduktion der Vergilbung und Erhaltung des Glanzgrades über Jahrzehnte, ermittelt via Xeno-Test nach
Obwohl die Erfindung im Detail durch die vorteilhaften Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Insbesondere beschränkt sich die Erfindung nicht auf die nachfolgend angegebenen Merkmalskombinationen, sondern es können auch für den Fachmann offensichtlich ausführbare andere Kombinationen und Teilkombinationen aus den offenbarten Merkmalen gebildet werden.Although the invention has been illustrated and described in more detail by the advantageous exemplary embodiments, the invention is not restricted by the disclosed examples. Other variations can be derived from this by a person skilled in the art without departing from the scope of protection of the invention. In particular, the invention is not limited to the combinations of features specified below, but other combinations and sub-combinations that are obviously executable for a person skilled in the art can also be formed from the disclosed features.
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- DIN EN ISO 4892-2-A1 [0081, 0083, 0085, 0086, 0088, 0158, 0175, 0195]DIN EN ISO 4892-2-A1 [0081, 0083, 0085, 0086, 0088, 0158, 0175, 0195]
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R020 | Patent grant now final |